Изучение влияния больших сдвиговых деформаций и вихревого течения металла на формирование равноосной ультрамелкозернистой структуры циркониевого сплава Э110 методом РСП

В работе была поставлена задача – исследовать процессы изменения микроструктуры, происходящие в сравнительно больших объемных прутках под действием больших пластических деформаций. Такие большие уровни деформации обычно достижимы в процессе кручения маленьких плоских дисков под высоким давлением, но сложно достижимы в больших объемных прутках. Способ радиально‑сдвиговой прокатки позволяет достичь сопоставимых сверхвысоких степеней деформации (~45 мм/мм) в комбинации с вихревым течением металла. Была проведена последовательная прокатка циркониевого сплава Э110 в экстремальных условиях на двух станах радиально‑сдвиговой прокатки с общим обжатием по диаметру 185 % и максимальной накопленной деформацией 46 мм/мм. Для оценки уровня деформации и распределения ее по сечению было проведено МКЭ‑моделирование в Deform‑3D. Полученная структура исследована методами электронной микроскопии (ПЭМ/СЭМ). Было выполнено детализированное исследование структуры на EBSD по сечению с разрешением 1 мм. Обнаружена не сильно выраженная по сравнению с применением меньших деформаций градиентная структура с преобладанием равноосной ультрамелкозернистой структуры.

1. Zinkle S. J., Was G. S. Materials challenges in nuclear energy // Acta Materialia. 2013. Vol. 61(3). Р. 735–758.

2. Valiev R. Z., Alexandrov I. V., Zhu Y. T., Lowe T. C. Paradox of Strength and Ductility in Metals Processed Bysevere Plastic Deformation // Journal of Materials Research. 2002. Vol. 17(1). Р. 5–8.

3. Edalati K., Bachmaier A., Beloshenko V.A. [et al.]. Nanomaterials by severe plastic deformation: Review of historical developments and recent advances // Materials Research Letters, 2022. Vol. 10(4). P. 163–256.

4. Nita N., Schaeublin R., Victoria M. Impact of irradiation on the microstructure of nanocrystalline materials // Journal of Nuclear Materials. 2004. P. 329–333, 953–957.

5. Etienne A., Radiguet B., Cunningham N. J. [et al.]. Comparison of radiation‑induced segregation in ultrafine‑grained and conventional 316 austenitic stainless steels // Ultramicroscopy. 2011. Vol. 111(6). P. 659–663.

6. Jiang L. Texture, microstructure and mechanical properties of equiaxed ultrafine‑grained Zr fabricated by accumulative roll bonding // Acta Materialia. 2008. Vol. 56(6). P. 1228–1242.

7. Naizabekov A. B., Volokitina I. E., Volokitin A. V., Panin E.A. Structure and Mechanical Properties of Steel in the Process “Pressing–Drawing” // Journal of Materials Engineering and Performance. 2019. Vol. 28(3). P. 1762–1771.

8. Naizabekov A. B., Lezhnev S. N., Dyja H., Gusseynov N., Nemkaeva R. The Effect of Cross Rolling on the Microstructure of Ferrous and Non‑Ferrous Metals and Alloys // Metalurgija. 2017. Vol. 56(1–2). P. 199–202.

9. Galkin S. P. Radial shear rolling as an optimal technology for lean production // Steel in Translation. 2014. Vol. 44. P. 61–64.

10. Gordienko A. I., Pochivalov Yu. I., Vlasov I. V., Mishin I. P. Structure Formation and Mechnical Properties of Low‑Carbon Steel After Lengthwise and Cross Rolling // Russian Physics Journal. 2022. Vol. 64(10). P. 1899–1906.

11. Skripalenko M. M., Romantsev B.A., Galkin S. P. Forming Features at Screw Rolling of Austenitic Stainless‑Steel Billets // Journal of Materials Engineering and Performance. 2020. Vol. 29(6). P. 3889–3894.

12. Ta Dinh Xuan, Sheremetyev V.A., Kudryashova A.A. [et al.]. Influence of the Combined Radial Shear Rolling and Rotary Forging on the Deformation Mode of the Small‑Diameter Rod Billet Made of Titanium Alloys. Russian Journal of Non‑Ferrous Metals. 2020. Vol. 61(3). P. 271–279.

13. Arbuz A., Kawalek A., Ozhmegov K. [et al.]. Using of Radial‑Shear Rolling to Improve the Structure and Radiation Resistance of Zirconium‑Based Alloys // Materials. 2020. Vol. 13(19). № 4306.