Результаты и обсуждение. Микроструктура образцов после винтовой экструзии показана на рисунке 1

Микроструктура образцов после винтовой экструзии показана на рисунке 1. Структура представлена двумя фазами - основой является матрица из алюминия в которой относительно равномерно распределена упрочняющая фаза, представляющая собой агломераты размером от 10 до 150 мкм. Анализ микроструктуры образцов после каждого прохода показал, что частички и агломераты упрочняющей фазы (лигатуры) изгибались и вытягивались вдоль направления течения материала. Наибольшее формоизменение испытывали области расположенные перпендикулярно этому направлению, однако изменение структуры в объеме заготовок происходит не равномерно. Из рис. 2 видно, что наряду с измельченными в процессе ВЭ частичками упрочняющей фазы по сечению в образцах попадаются также и довольно крупные агломераты, размером до 100-150 мкм.

а)	б)	в)

Рис. 1. Микроструктура образцов после винтовой экструзии:

а – 95%Al-5%лигатура, 1 проход; б – 90%Al-10%лигатура, 2 прохода;

в – 80%Al-15%лигатура, 3 прохода

а)

б)

в)

Рис. 2. Микроструктура образцов после винтовой экструзии взятая по сечению:

а – 95%Al-5%лигатура, 1 проход; б – 90%Al-10%лигатура, 2 прохода;

в – 80%Al-15%лигатура, 3 прохода

Металлографический анализ также показал, что как в поперечном, так и в продольном сечениях образцов с ростом количества проходов при винтовой экструзии и, следовательно, с увеличением степени накопленной деформации, размер агломератов упрочняющей фазы уменьшается только у образцов после третьего прохода и составляет в среднем 25-30 мкм. При этом степень однородности размера агломератов упрочняющей фазы возрастает с увеличением процентного содержания лигатуры в образцах и с увеличением количества проходов через формаобразующую матрицу (рис. 2).

В поперечном сечении заготовок после трех проходов наблюдается смешанная структура, когда материал матрицы начинает перемешиваться с материалом лигатуры, что наиболее ярко начинает проявляться у образцов с содержанием лигатуры 15 % (рис. 3). В то время как у заготовок после первого и второго проходов видна четкая граница между алюминием и лигатурой (рис. 2). У образцов после третьего прохода такая смешанная структура наблюдается не по всему объему сечению заготовок, а только лишь по тому краю, которым образец проворачивался в винтовом канале, что связанно с неравномерной деформацией (проработкой) материала образцов во время проходов через прессформу.

а)	б)

Рис. 3. Микроструктура композита 80%Al-15%лигатура

после винтовой экструзии (3 прохода)

при увеличении в 200 раз а) и 400 раз б)

Таким образом существенное дробление микроструктуры исследуемых заготовок при винтовой экструзии после 1 – 2 проходов не происходит. Только у заготовок после третьего прохода намечается тенденция к уменьшению размера упрочняющей фазы. Из чего можно сделать вывод, что 1 – 3 проходов не достаточно для получения гомогенной структуры с субмикрокристалическим размером зерна и изучаемые материалы следует поддавать более интенсивной пластической деформации

Таблиця 1 – Плотность образцов до и после винтовой экструзии

Количество проходов	Содержание компонентов	Исходная смесь	После винтовой экструзии
ρ, г/см^3	ρ, г/см^3	Относительная плотность, %
І	5% лигатура+95% Al	2,5601	2,6835	95,6
10% лигатура +90% Al	2,6094	2,6471	95,8
15% лигатура +85% Al	2,6481	2,712	96,98
ІІ	5% лигатура +95% Al	2,5802	2,6758
10% лигатура +90% Al	2,6324	2,7042	97,87
15% лигатура +85% Al	2,6481	2,6902	96,2
ІІІ	5% лигатура +95% Al	2,5847	2,6523	97,64
10% лигатура +90% Al	2,6227	2,7023	97,8
15% лигатура +85% Al	2,6489	2,733	97,73

Проанализировав данные полученные после винтовой экструзии образцов по предложенной схеме, были получены значения относительной плотности в пределах 95-97%. Как показали исследования, с увеличением количества упрочняющей фазы и количества проходов ВЭ плотность образцов постепенно возрастает (таблица 1). Максимальное значение относительной плотности (97,64-97,8%) для всех образцов, в независимости от их состава, было получено, когда количестве проходов заготовки через матрицу равнялось трем.

Об упрочнение исследуемого материала за счет накопления деформации свидетельствует повышение твердости с увеличением количества проходов при винтовой экструзии (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость твердости образцов от количества проходов при винтовой экструзии

Из представленной графиков следует, что твердость полученных образцов зависит от величины сдвиговых деформации и постепенно увеличивается с увеличением количества упрочняющей фазы в материале. При этом твердость краевых зон образцов несколько ниже, чем в центральной их части. Это связанно с неравномерной деформацией (проработкой) образцов в особенности при первом проходе материала через матрицу [Берштейн……]. После 2 и 3 проходов разница в значениях твердости краевой и центральной областей заготовки постепенно выравнивается. Следует отметить, что в образцах с содержанием упрочняющей фазы 15% по сравнению с другими заготовками наблюдается высокая твердость 70 HRB, как в центральной зоне, так в по краям уже при первом проходе через матричный канал и постепенно возрастает до 76 HRB с увеличением количества проходов при ВЭ.

Выводы

Интенсивная пластическая деформация методом винтовой экструзии не привела к существенному измельчению структуры алюмоматричных композиционных материалов при одном и двух проходах через матрицу. Наряду с мелкими частицами упрочняющей фазе в материале присутствовали крупные агломераты размером до 100 мкм. Только в образцах с 15% лигатуры после третьего прохода намечается тенденция к измельчению зерна, размер частиц лигатуры уменьшается до 25-30 мкм, структуры становится гомогенной. Таким образом можно сделать вывод, что 1 – 3 проходов не достаточно для получения гомогенной структуры с субмикрокристалическим размером зерна и изучаемые материалы следует поддавать более интенсивной пластической деформации

Были также получены зависимости твердости и плотности образцов от количества упрочняющей фазы и различной степени деформации. Из экспериментальных данных видно, что твердость обработанного материала существенно зависит от величины сдвиговых деформаций и постепенно возрастает с ростом количества лигатуры в материале. Наилучшие результаты (относительная плотность 97,7%, твердость 76 HRB) были получены для образцов с содержанием упрочняющей фазы 15% после третьего прохода через формообразующую матрицу при винтовой экструзии.

Список литературы

Дата добавления: 2015-12-08