Исследование микроструктуры и механических свойств магниевого сплава в результате деформационной обработки

Август 3, 2022

Главная
Педагогика
Исследование микроструктуры и механических свойств магниевого сплава в результате деформационной обработки

Содержание

2. Применение магниевых сплавов Материалы на основе магния являются предпочтительными при применении в областях, где требуются легкие
3. Магниевые сплавы медицинского назначения Штифты из магниевого сплава на основе системы Mg-Ca-Zn [2] Черепно-челюстно-лицевые импланты из
4. Магниевые сплавы медицинского назначения [3] УМЗ структура и механические свойства магниевого сплава Mg-1%Ca / О. Б.
5. Цель и задачи исследования Цель: исследование влияния метода прокатки на микроструктуру и механические свойства сплава Mg-0,8
6. Предмет и объект исследования Объект исследования: сплав Mg-0,8 мас. % Ca (Mg-0,8Ca). В исходном состоянии образец
7. b Положения, выносимые на защиту 1) Результаты оптического и электронно-микроскопического анализа структуры сплава Mg-0,8 мас. %
8. b Схема прокатки образцов Деформацию образцов исходного сплава проводили методом многоходовой прокатки в ручьевых валках с
9. b Методы исследования Для исследования морфологии образцов сплава был применен метод оптической микроскопии. Также, для дополнительного
10. Результаты оптической микроскопии Исходное состояние Прокатка (e=0,4) а – середина образца; б – край образца.
11. Результаты оптической микроскопии Прокатка (e=0,92) Прокатка (e=2,01)
12. Результаты рентгенофазового анализа Исходное состояние Прокатка (e=0,4) Прокатка(e=0,92) Прокатка (e=2,01)
13. Результаты электронно-микроскопических исследований 200 нм 200 нм 3 2 1 Таблица 4 – Элементный состав сплава
14. Результаты измерения микротвердости Схемы измерения ОХ ОУ для исходного образца: для прокатанных образцов: ОХ ОУ Исходное
15. Параметры сплава Mg-0,8 мас. % Ca в исходном состоянии и при различных режимах деформационной обработки После
16. Заключение В настоящей работе проведен анализ эволюции микроструктуры сплава Mg-0,8 мас. % Ca в ходе многоходовой
17. Выражаю благодарность коллективу ЛФНБ ИФПМ СО РАН, а именно: зав. лаб. ЛФНБ, д.ф.-м.н. Ю. П. Шаркееву
18. α α Спасибо за внимание!
19. α α Диаграмма состояния Mg-Ca
20. α α Определение среднего размера зерна Исходное состояние Прокатка е=0,4 Прокатка е=0,92 Прокатка е=2,01
21. ПЕМ-микроскопия (e=2,01)
23. Скачать презентацию

Слайд 2

Применение магниевых сплавов
Материалы на основе магния являются предпочтительными при применении в

областях, где требуются легкие материалы, с плотностью всего 1-3 г/см3, что на ~ 33% ниже, чем у алюминия [1]. Данные сплавы являются актуальными для применения в различных областях, в том числе медицины и машиностроения.

[1] G. Wu, J.M. Ibrahim, P.K. Chu, Surface design of biodegradable magnesium alloys — A review, Surface and Coatings Technology, 233 (2016) 2-12

Корпус фотоаппарата Nikon из магниевого сплава

Различные машиностроительные изделия из магниевых сплавов

Слайд 3

Магниевые сплавы медицинского назначения
Штифты из магниевого сплава на основе системы Mg-Ca-Zn

[2]

Черепно-челюстно-лицевые импланты из магниевого сплава на основе системы Mg-Ca-Zn [2]

[2] NanoMAG. Medical device company [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://nanomag.us, свободный.– Загл. с экрана.

В медицине используются магниевые сплавы на основе двух систем Mg-Ca, Mg-Ca-Zn. Данные сплавы медицинского назначения являются биосовместимыми и хорошо растворимыми в организме, что позволяет использовать их в качестве временных имплантатов.

Слайд 4

Магниевые сплавы медицинского назначения
[3] УМЗ структура и механические свойства магниевого сплава

Mg-1%Ca / О. Б. Кулясова [и др.] // Вестник УГАТУ.— 2016.— №3.— С. 25-30.
[4] Stability of biodegradable metal (Mg-Ca-Zn alloy) screws compared with absorbable polymer and titanium screws for sagittal split ramus osteotomy of the mandible using the finite element analysis model / Jee-HoLee [at] // Journal of Cranio-Maxillo-Facial Surgery.— 2017.— V. 45.— P. 1639-1646.
[5] R.Z. Valiev. Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications / R.Z. Valiev, A.P. Zhilyaev, T.G. Langdon – John Wiley & Sons, Inc, 2014. – P. 456.

Таблица 1 – Некоторые механические свойства магниевых сплавов [3,4,5]

Магниевые сплавы имеют существенный недостаток – низкий уровень механических свойств, в сравнении со среднепрочными титановыми сплавами, которые широко применяются в медицине (ВТ6, ВТ1-0, Grade 2). В настоящее время ведутся работы по поискам методов улучшения механических свойств. Одним из этих методов является деформационное упрочнение.

Слайд 5

Цель и задачи исследования
Цель: исследование влияния метода прокатки на микроструктуру и

механические свойства сплава Mg-0,8 мас. % Ca.
Задачи:
1) получение образцов сплава Mg-0,8 мас. % Ca методом прокатки при различных деформационных режимах;
2) определение параметров микроструктуры, фазового состава сплава Mg-0,8 мас. % Ca после прокатки при различных деформационных режимах;
3) исследование механических характеристик (на примере микротвердости) образцов сплава Mg-0,8 мас. % Ca, сформированных прокаткой при различных деформационных режимах.

Слайд 6

Предмет и объект исследования
Объект исследования: сплав Mg-0,8 мас. % Ca (Mg-0,8Ca).

В исходном состоянии образец сплава представляет собой пруток диаметром 15 мм. Данный сплав был изготовлен методом постоянного литья под давлением исследовательским институтом в Гестхахте (Германия).

Таблица 2 – Химический состав сплава Mg-0,8 мас. % Ca

В таблице 2 указано содержание элементов по результатам рентгенофлуоресцентного анализа.

Образец сплава Mg-0,8 мас. % Ca в исходном состоянии

Предмет исследования: микроструктура и механические свойства магниевого сплава Mg-0,8 мас. % Ca.

Слайд 7

b
Положения, выносимые на защиту
1) Результаты оптического и электронно-микроскопического анализа структуры сплава

Mg-0,8 мас. % Ca в исходном состоянии и после прокати при различных деформационных режимах.
2) Результаты исследований фазового состава и микротвердости сплава Mg-0,8 мас. % Ca в исходном состоянии и после прокатки при различных деформационных режимах.
3) Особенности трансформации микроструктуры сплава Mg-0,8 мас. % Ca в ходе многоходовой прокатки.

Слайд 8

b
Схема прокатки образцов
Деформацию образцов исходного сплава проводили методом многоходовой прокатки в

ручьевых валках с предварительным подогревом образцов до 300 оС.

Прокатка: e=0,4

Истинная деформация вычислялась по формуле 1

(1)

Прокатка: e=0,92

Прокатка: e=2,01
(а – схема резки,
б – схема прокатки)

Слайд 9

b
Методы исследования
Для исследования морфологии образцов сплава был применен метод оптической микроскопии.

Также, для дополнительного исследования морфологии сплава была использован метод ПЭМ-микроскопии (JEOL JEM-2100 (Tokyo Boeki Ltd., Япония)).

Оптический микроскоп Altami МЕТ 1С

Для исследования фазового состава образцов был применен метод РФА на дифрактометре ДРОН-7 (Буревестник, Россия).

В качестве характеристики механических свойств была выбрана микротвердость. Исследования проводились на микротвердомере Duramin-5 (Stuers А/S, Дания).

Микротвердость по Виккерсу:
HV= 1.854∙F/d2, где
F – приложенная нагрузка, Н;
d – диагональ отпечатка, мкм.

Микротвердомер Duramin-5

Оптический микроскоп
Axiovert-200MAT

Слайд 10

Результаты оптической микроскопии
Исходное состояние
Прокатка (e=0,4)
а – середина образца;
б

– край образца.

Слайд 11

Результаты оптической микроскопии
Прокатка (e=0,92)
Прокатка (e=2,01)

Слайд 12

Результаты рентгенофазового анализа
Исходное состояние
Прокатка (e=0,4)
Прокатка(e=0,92)
Прокатка (e=2,01)

Слайд 13

Результаты электронно-микроскопических исследований
200 нм
200 нм
3
2
1
Таблица 4 – Элементный состав сплава в

локальных областях

Слайд 14

Результаты измерения микротвердости
Схемы измерения
ОХ
ОУ
для исходного образца:
для прокатанных образцов:
ОХ
ОУ
Исходное состояние
Прокатка (e=0,4)
Прокатка (e=0,92)
Прокатка

(e=2,01)

Измерения проводились вдоль осей OX и OY

Слайд 15

Параметры сплава Mg-0,8 мас. % Ca в исходном состоянии и при

различных режимах деформационной обработки

После накопленной деформации e=0,92 значительное уменьшение зерен не выявлено

Слайд 16

Заключение
В настоящей работе проведен анализ эволюции микроструктуры сплава Mg-0,8 мас. %

Ca в ходе многоходовой прокатки с различной накопленной деформацией в интервале 0,4 – 2,01, что позволило сделать следующие выводы:
1) установлено, что увеличение накопленной деформации при многоходовой прокатке способствует измельчению зерна от 11 мкм (исходное состояние) до 1,4 мкм (накопленная деформация e=2,01) и перераспределению фазового состава;
2) выявлено, что с увеличением накопленной деформации при прокатке значения микротвердости сплава остаются в пределах 600-700 МПа, однако достижение степени деформации до e=2,01 способствует более однородному распределению микротвердости по сечению образца;
3) установлено, что трансформация микроструктуры сплава Mg-0,8 мас. % Ca при многоходовой прокатке определяется двумя конкурирующими процессами – деформационным измельчением зерна и рекристаллизацией.

Слайд 17

Выражаю благодарность коллективу ЛФНБ ИФПМ СО РАН, а именно: зав. лаб.

ЛФНБ, д.ф.-м.н. Ю. П. Шаркееву за предоставление возможности выполнять ВКР на базе ЛФНБ ИФПМ СО РАН, с.н.с., к.т.н А. Ю. Ерошенко за помощь в обработке результатов эксперимента, вед. технологу П. В. Уваркину, аспиранту НИ ТГУ А. М. Майрамбековой, гл. специалисту А. И. Толмачеву, вед. технологу И. А. Глухову за помощь в проведении эксперимента.
Выражаю благодарность зав. лаб. экологии и комплексного использования минеральных отходов СибГИУ Н. А. Кривогузовой за помощь в проведении эксперимента.

Слайд 18

α
α
Спасибо за внимание!

Слайд 19

α
α
Диаграмма состояния Mg-Ca

Слайд 20

α
α
Определение среднего размера зерна
Исходное состояние
Прокатка е=0,4
Прокатка е=0,92
Прокатка е=2,01

Слайд 21

Исследование микроструктуры и механических свойств магниевого сплава в результате деформационной обработки

Содержание

Применение магниевых сплавовМатериалы на основе магния являются предпочтительными при применении в

Магниевые сплавы медицинского назначенияШтифты из магниевого сплава на основе системы Mg-Ca-Zn

Магниевые сплавы медицинского назначения[3] УМЗ структура и механические свойства магниевого сплава

Цель и задачи исследованияЦель: исследование влияния метода прокатки на микроструктуру и

Предмет и объект исследованияОбъект исследования: сплав Mg-0,8 мас. % Ca (Mg-0,8Ca).

bПоложения, выносимые на защиту1) Результаты оптического и электронно-микроскопического анализа структуры сплава

bСхема прокатки образцовДеформацию образцов исходного сплава проводили методом многоходовой прокатки в

bМетоды исследованияДля исследования морфологии образцов сплава был применен метод оптической микроскопии.

Результаты оптической микроскопииИсходное состояниеПрокатка (e=0,4) а – середина образца; б

Результаты оптической микроскопииПрокатка (e=0,92)Прокатка (e=2,01)

Результаты рентгенофазового анализаИсходное состояниеПрокатка (e=0,4)Прокатка(e=0,92)Прокатка (e=2,01)

Результаты электронно-микроскопических исследований200 нм200 нм321Таблица 4 – Элементный состав сплава в