Применение метода сеток при изучении процессов равноканального углового прессования магниевых сплавов

Автор: Скрябина Н.Е., Аптуков В.Н., Романов П.В., Фрушар Д.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 3, 2015 года.

Бесплатный доступ

Оптимальной формой хранения водорода с точки зрения эффективности и безопасности являются гидриды металлов. Среди перспективных материалов для реализации такого подхода особого внимания заслуживают магний и сплавы на его основе, которые способны обратимо поглощать водород в количестве, удовлетворяющем требованию DOE. Подготовка материалов для насыщения водородом сводится к измельчению его структуры путем интенсивной пластической деформации, что позволяет значительно улучшить кинетику реакции за счет увеличения удельной доли поверхностей раздела в образце. Для магниевых сплавов повышения сорбционных характеристик можно достичь, используя равноканальное угловое прессование (РКУП). В ходе операции РКУП происходит изменение микроструктуры, которое сопровождается образованием ярко выраженной текстуры. Оптимизация свойств материала в процессе операции РКУП заключается в следующем: формирование ультрамелкозернистой структуры с большим количеством большеугловых границ зерен (именно в этом случае качественно изменяются свойства материалов), обеспечение однородности свойств по всему объему образца, что особенно существенно для последующего насыщения водородом полученной заготовки. Поскольку в большинстве случаев деформация РКУП должна применяться два и более раз, для повышения реакционной способности материала необходимо регулировать также и температуру деформации, чтобы избежать необратимого растрескивания образца. Анализ деформаций, полученных образцом после операции РКУП, проводится различными способами: инженерные оценки, численное моделирование, экспериментальные методы. В данной статье при изучении характера деформирования образца использовали метод сеток.

Еще

Равноканальное угловое прессование, магниевые сплавы, метод сеток, анализ деформаций, температура

Короткий адрес: https://sciup.org/146211566

IDR: 146211566   |   УДК: 539.3   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2015.3.10

A grid method quantifying deformed mg-alloys by equal-channel angular pressing

Among the optimum solutions for hydrogen storage in terms of effectiveness and safety are metal hydrides. Magnesium and its alloys can reversibly absorb hydrogen in large amounts, so fulfilling the DOE's requirements and making those materials attractive for applications. At first, determining a fast hydrogen saturation of Mg-based alloys was consisted in grinding the materials up to micrometric grain size. Increasing markedly the specific surface of the treated powders by plastic deformation processing leads to delivering very reactive samples. As well, huge improvement of H-sorption characteristics of bulk Mg-alloys was shown to be efficient under Equal Channel Angular Pressing (ECAP) treatments. During such a Severe Deformation Process, achievement of a fine grained microstructure in bulk samples is accompanied by the formation of defects and overall texture. The main achievements expected from the application of ECAP treatments to Mg-rich alloys are: - formation of ultra-fine microstructures with high angle boundaries, which especially drastically changes the mechanical characteristics of the alloy, - volume homogenization of the microstructure for the best final stability of the hydrogenation properties of the refined material. Since in most cases a two or even more ECAP passes should be applied to deliver the highly reacting materials, the operating temperature must be adjusted in terms of ductile to fragile characteristics in order to avoid irreversible cracking of the bulk sample. After the application of the ECAP process, the resulting deformation was characterized using different methods such as conventional structural analysis and mechanical engineering followed by numerical simulations. The present article reports on the deformation process of Mg-based by using a grid evaluation method.

Еще

Список литературы Применение метода сеток при изучении процессов равноканального углового прессования магниевых сплавов

  • Тарасов Б.П., Лотоцкий Б.П., Яртысь В.А. Проблема хранения водорода и перспективы использования гидридов для аккумулирования водорода//Рос. хим. журн. -2006. -Т. 1, № 6. -С. 34-48.
  • Critical assessment and thermodynam-ic modeling of Mg-H system/K. Zeng, T. Klassen, W. Oelerich, R. Bormann//Int. J. Hyd. Energy. -1999. -Vol. 24. -P. 989-1004.
  • The formation and decomposition of magnesium hydride/B. Vigeholm, J. Kjøller, B. Larsen, A.S. Pedersen//J. Less-Common Metals. -1983. -Vol. 89. -P. 135-144.
  • Valiev R.Z., Langdon T.G. Principles of equal channel angular pressing as a pro-cessing tool for grain refinement//Prog. Mat. Sci. -2006. -Vol. 51. -P. 881-981.
  • Equal channel angular pressing of magnesium alloy AZ31/K. Xia, J.T.Wang, X. Wu, G. Chen, M. Gurvan//Mater. Sci. Eng. -2005. -Vol. 410. -P. 324-327.
  • Realization of high strength and high ductility for AZ61 magnesium alloy by severe warm working/Y. Yoshida, K. Arai, S. Itoh, S. Kamado, Y. Kojyma//Sci. Tech. Adv. Mater. -2005. -Vol. 6. -P. 185-194.
  • Microstructure, texture and mechanical properties of the magnesium alloy AZ31 processed by ECAP/Y. Estrin, S.B. Yi, H.-G. Brokmeier, Z. Zuberova, S.C. Yoon, H.S. Kim, R.J. Hellmig//Int. J. Mater. Res. -2008. -Vol. 99. -P. 50-55.
  • Kassner M.E., Barrabes S.R. New developments in geometric dynamic recrystal-lization//Mater. Sci. Eng. A. -2005. -Vols. 410-411. -P. 152-155.
  • Скрябина Н.Е., Аптуков В.Н., Романов П.В., Фрушар Д. Влияние равноканального углового прессования на механические свойства и микроструктуру образцов магниевых сплавов//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2014. -№ 3. -С. 113-128.
  • The effect of ball milling and equal channel angular pressing on the hydrogen absorption/desorption properties of Mg-4.95 wt% Zn-0.71 wt% Zr (ZK60) alloy/V.M. Skripnyuk, E. Rabkin, Y. Estrin, R. Lapovok//Acta Materialia. -2004. -Vol. 52. -P. 405-414.
  • Grain refinement and super plasticity in a magnesium alloy processed by equal-channel angular pressing/Y. Miyahara, K. Matsubara, Z. Horita, T.G. Langdon//Metallurgical and Materials Transactions A. -2005. -Vol. 36A. -P. 1705-1711.
  • Estrin Y., Hellming R. Improving the properties of magnesium alloys by equal channel angular pressing//Metal Science and Heat Treatment, 48. -2006. -№ 11-12. -P. 504-507.
  • Fatigue and tensile behavior of cast, hot-rolled, and severely plastically deformed AZ31 magnesium alloy/Z. Zuberova, L. Kunz, T.T. Lamark, Y. Estrin, M. Janecek//Metallurgical and Materials Transactions A. -2007. -Vol. 38A. -P. 1934-1940.
  • Evolution of texture in a magnesium alloy processed by ECAP through dies with different angles/R.B. Figueiredo, I.J. Beyerlein, A.P. Zhilyaev, T.G. Langdon//Materials Science and Engineering A. -2010. -Vol. 527. -P. 1709-1718.
  • Исследование физико-механических свойств ультрамелкозернистых магниевых сплавов после интенсивной пластической деформации/А.А. Козулин, В.А. Скрипняк, В.А. Красновейкин, В.В. Скрипняк, А.К. Каравацкий//Известия высших учебных заведений. Физика. -2014. -Т. 57, № 9. -С. 98-104.
  • Дель Г.Д., Новиков Н.А. Метод делительных сеток. -М.: Машиностроение, 1979.
  • Лурье А.И. Нелинейная теория упругости. -М.: Наука, 1980.
  • Выбор параметров нагружения титановых образцов при динамическом канально-угловом прессовании/И.К. Суглобова, Е.В. Ильина, А.Н. Шипачев, С.А. Зелепугин//Вестник Том. гос. ун-та. Математика и механика. -2011. -№ 2(14). -С. 111-116.
  • Segal V.M. Slip line solutions, deformation mode and loading history during equal channel angular extrusion//Materials Science and Engineering A. -2003. -Vol. 345. -P. 36-46.
  • Полухин Г.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление материалов пластической деформации. -М.: Металлургия, 1976.
  • Седов Л.И. Механика сплошных сред. -М.: Наука, 1973.
  • Скрябина Н.Е., Аптуков В.Н., Романов П.В. Механические свойства образцов магниевых сплавов до и после операции РКУП//Вестник Тамбов. ун-та. Серия: Естественные и технические науки. -2013. -Т. 18. -Вып. 4. -С. 1901-1903.
  • Томсон Е.Г., Янг С.Г., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов. -М.: Машиностроение, 1969.
  • Резников А.Н. Теплофизика процессов резания. -М.: Машиностроение, 1970.
Еще