Mechanical behavior and mechanisms of superplastic deformation of aluminum alloys exhibiting the effect of structural superplasticity in solid and in solid−liquid states

doi:10.26565/2222-5617-2023-39-04

V.P. Poyda V.N. Karazin Kharkiv National University, Svobody Sq. 4, 61022, Kharkiv, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-7970-7145
A.V. Poyda National Science Centre «Kharkov Institute of Physics and Technology» NAS of Ukraine, Academichna street. 1, 61108, Kharkiv, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-0558-5939
D.Ye. Myla Institute of Electrophysics & Radiation Technologies NAS of Ukraine, Chernyshevsky St. 28, P.O. Box 8812, 61002, Kharkiv, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-2919-741X

DOI: https://doi.org/10.26565/2222-5617-2023-39-04

Keywords: aluminum alloys, ultrafine-grained structure, superplastic deformation, deformation mechanisms, grain boundary sliding, fibrous structures

Abstract

The article presents the results of research aimed at summarizing experimental data on the mechanical behavior, structural state and mechanisms of superplastic deformation of aluminum alloys Al-4 wt.% Ge, Al-4.1 wt.% Cu-0,5 wt.% Zr, 1420T, 1933. It is revealed that the initial microstructure of Al-4 wt.% Ge alloy samples is coarse-grained. Initial microstructure of 1420Т and 1933 alloy samples is bimodal. The study of characteristic types of samples microstructure deformed under the optimal conditions showed that the average grain size d_av in samples of Al-4.1 wt.% Cu-0.5 wt.% Zr and 1420T alloys increases slightly. It is revealed that in the course of superplastic deformation of Al-4 wt.% Ge and 1933 alloy samples, recrystallization takes place intensively, it leads to an increase in the initial grain sizes. Accumulation of cavities in the samples of all studied alloys during superplastic flow is observed. In the samples of alloys 1420T and 1933 during superplastic deformation, structural changes occur, which are probably associated with local melting of the alloys. The viscous flow of the metastable liquid-solid phase localized at the grain boundaries leads to the formation of fibrous structures in cavities and cracks. The study of the deformation relief of the samples gives grounds for asserting that their superplastic deformation takes place due to the cooperative development of deformation and accommodation mechanisms, namely grain boundary sliding, intragranular dislocation sliding and diffusion creep. The contribution of grain boundary sliding to the overall deformation of the samples was analyzed, as well as the likely influence of liquid phase inclusions on the mechanism of superplastic deformation of samples that exhibit the effect of structural superplasticity in the solid-liquid state.

Downloads

Download data is not yet available.

References

J.W. Edington, K.N. Melton, C.P. Cutler. Superplasticity. Prog. In Mat. Sci, 21, 2, 61 (1976). https://doi.org/10.1016/00796425(76)90005-0

Superplastic Forming of Structural Alloys. Ed. by N. Paton, K. Hamilton: Transl. from English, Metallurgy, M. (1985), 218 p.

M. Suery, A.K. Mukherjee. Creep Behav. Cryst. Solids, Swansea, 3, 137 (1985).

O.D. Sherby, J. Wodsworth. Progress in Materials Science, 33, 169 (1989).

T.G. Langdon. Mater. Sci. Eng., A137, 1 (1991). https://doi.org/10.1016/0921-5093(91)90312-B

A.H. Chokshi, A.K. Mukherjee, T.G. Langdon. Mater. Sci. Eng., R.10, 6, 237 (1993). https://doi.org/10.1016/0927-796X(93)90009-R

T.G. Langdon. Key Eng. Mater., 97-98, 109 (1994). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.97-98.109

M.F. Ashby, R.A. Verral. Acta Met. 21, 2, 149 (1973) https://doi.org/10.1016/0001-6160(73)90057-6

R.C. Gifkins. Metall. Trans., 7A, 8, 1225 (1976). https://doi.org/10.1007/BF02656607

R.C. Gifkins. J. Mater. Sci., 13, 9, 1926 (1978). https://doi.org/10.1007/BF00552899

О.А. Кайбышев. Сверхпластичность промышленных сплавов. Металлургия, М. (1978), 730 с.

Р.И. Кузнецова. ФММ, 45, З, 641 (1978).

Р.И. Кузнецова, Н.Н. Жуков. ФММ, 44, 6, 1277 (1977).

Р.И. Кузнецова, Н.Н. Жуков. ФММ, 47, 1281 (1979).

Н.Н. Жуков, Р.И. Кузнецова, В.П. Пойда. ФММ, 48, 6, 1282 (1979).

Р.И. Кузнецова, Н.Н. Жуков, В.П. Пойда. Металлофизика, 3, 5, 46 (1983).

Р.И. Кузнецова, В.П. Пойда. УФЖ, 30, 3, 388 (1985).

В.П. Пойда, Р.И. Кузнецова, Т.Ф. Сухова, Н.К. Ценев, А.И. Письменная. Металлофизика, 12, 1, 44 (1990).

Р.И. Кузнецова, В.В. Брюховецкий, В.П. Пойда, Т.Ф. Сухова. Металлофизика и новейшие технологии, 17, 8. 64 (1995).

В.П. Пойда, Р.И. Кузнецова, В.В. Брюховецкий, Н.К. Ценев, Т.Ф. Сухова. Металлофизика и новейшие технологии, 23, 8, 1003 (2001).

K. Higashi. Mater. Sci. Technol., 16, 11-12, 1320 (2000).

K. Higashi, M. Mabuchi, T.G. Langdon. Is. Inter., 36, 12, 1423 (1999).

C.L. Chen, M.J. Tan. Materials Science and Engineering, A298, 235 (2001). https://doi.org/10.1016/S0928-4931(00)00193-4

M. Mabuchi, H.G. Jeong, K. Hiraga, K. Higashi. Interface Sci., 4, 3 - 4, 357 (1996). https://doi.org/10.1007/BF00240254

M. Wang, H.Z. Guo, Y.J. Liu. Materials Science Forum, 551 - 552, 645 (2007). https://doi.org/10.4028/www.scienti(c.net/MSF.551-552.645W

D. Cao, X.P. Lu, H. Conrad. Acta Mater., 44, №2, 697 (1996). https://doi.org/10.1016/1359-6454(95)00176-X

K.A. Padmanabhan, S. Balasivanandha Prabu, R.R. Mulyukov, Ayrat Nazarov, R.M. Imayev, S. Ghosh. Chowdhury Superplasticity: Common Basis for a Near - Ubiquitous Phenomenon, Springer, Verlag, Berlin, Heidelberg (2018), 526 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-31957-0

Chuan Ting Wang, Zheng Li, Jing Tao Wang, Terence G. Langdon. Superplasticity in Advanced Materials - ICSAM 2023 Materials Research Forum LLC Materials Research Proceedings, 32, 3 (2023). https://doi.org/10.21741/9781644902615-1

В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, А.В. Пойда, Р.И. Кузнецова, В.Ф. Клепиков. Металлофиз. новейшие технологии, 24, 10, 1397 (2002).

А.В. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.И. Кузнецова, В.Ф. Клепиков, Д.Л. Воронов, Т.Б. Любицкая. Физика металлов и металловедение, 99, 2, 105 (2005).

В.П. Пойда, А.В. Пойда. Вісник ХНУ імені В.Н. Каразіна, серія «Фізика», 36, 14 (2022). https://doi.org/10.26565/2222-5617-2022-36-02

В.П. Пойда, Д.Е. Милая, А.В. Пойда, В.В. Брюховецкий, Р.В. Сухов. Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение», 105 (92), 139 (2014).

D.E. Milaya, V.P. Poyda, V.V. Bryukhovetskiy, A.V. Poyda. Вісник ХНУ, серія «Фізика», 29, 29 (2016).

Д.Є. Мила, В.П. Пойда, В.В. Брюховецький, А.В. Пойда. Металофізика та новітні технології, 42, 4, 511 (2020). https://doi.org/10.15407/m(nt.42.04.0511

В.П. Пойда, А.В. Пойда, Д.Є. Мила. Вісник ХНУ імені В.Н. Каразіна, серія «Фізика», 37, 30 (2022) https://doi.org/10.26565/2222-5617-2022-37-03

Д.Е. Педун, В.П. Пойда, Т.Ф. Сухова, А.П. Самсоник, В.В. Литвиненко, Е.Л. Спиридонов. Вісник ХНУ, серія «Фізика», 16, 1019, 63 (2012).

A.V. Poyda, A.V. Zavdoveev, V.P. Poyda, V.V. Bryukhovetskiy, D.E. Milaya, R.V. Sukhov. Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна, серія «Фізика», 1158, 22, 23 (2015).

И.Н. Фридляндер, К.В. Чуистов, А.Л. Березина, Н.И. Колобнев. Алюминий-литиевые сплавы. Структура и свойства. Наукова думка, Киев (1992), 192 с.

В.Н. Щерба. Прессование алюминиевых сплавов, Интермет Инжиниринг, М. (2001), 768 с.

М. Беккерт, Х. Клемм Способы металлографического травления: Справ. изд. / Пер. с нем. Металлургия. М. (1988), 400 с.

С.А. Салтыков. Стереометрическая металлография, Металлургия, М. (1976), 272 с.

А.В. Пойда, А.В. Завдовеев, В.П. Пойда, В.В. Брюховецкий, Д.Е. Милая. Доповіді НАН України, 2, 54. (2016).