Wpływ szybkości deformacji na mikrostrukturę i własności mechaniczne metali poddanych dużym odkształceniom plastycznym na zimno w warunkach wysokich ciśnień

Celem projektu jest zbadanie wpływu szybkości deformacji na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne metali poddanych dużym odkształceniom plastycznym na zimno w warunkach wysokich ciśnień. W dobie ciągle zwiększającej się konkurencji przemysłowej następuje intensyfikacja procesów produkcji (trzeba zwiększać szybkość produkcji), a jednocześnie stawiane są coraz bardziej zaostrzone wymagania prowadzące do powstawania nowych materiałów o ściśle określonych własnościach mechanicznych. Intensyfikacja procesów przeróbki plastycznej, jak również poszukiwania nowych, niekonwencjonalnych sposobów kształtowania objętościowego wymuszają stosowanie bardzo dużych szybkości odkształcenia i prowadzenia odkształcenia plastycznego w sposób dynamiczny. Aby w pełni kontrolować proces odkształcania plastycznego w warunkach obciążeń dynamicznych należy przeprowadzić analizę wpływu szybkości odkształcenia na mechanikę plastycznego płynięcia (naprężenie uplastyczniające, niejednorodność odkształcenia, itd.). Ogólnie wiadomo, że naprężenie materiału wzrasta ze wzrostem szybkości odkształcenia, a tendencja ta jest nieodłączną cechą obrabianego materiału. Stąd też zachowanie się materiałów podczas dynamicznego obciążenia jest zmienne zależnie od badanego materiału, a w szczególności od jego struktury krystalograficznej.
Autorzy projektu wykorzystują niekonwencjonalne sposoby kształtowania objętościowego, jakimi są procesy dużych deformacji plastycznych SPD, jak wyciskanie hydrostatyczne HE oraz przeciskanie przez równoosiowy kanał kątowy ECAP jako narzędzia do zbadania wpływu szybkości deformacji na właściwości mechaniczne i mikrostrukturalne wybranych metali. Powszechnie opisywane w literaturze tego typu badania, realizowane są w standardowych testach rozciągania bądź ściskania materiałów w stanie wyjściowym bądź odkształconym w szerokim zakresie szybkości deformacji. Efekty wpływu szybkości odkształcenia plastycznego na umocnienie są wtedy określane na podstawie charakterystyk rejestrowanych w trakcie tych procesów a właściwości mikrostrukturalne badane po zajściu procesu deformacji, np. poprzez analizę przełomów próbek bądź tekstury materiału. Szczególnie negatywny wpływ na wyniki tych badań mają efekty grzania adiabatycznego przy badaniach dynamicznych z dużymi szybkościami szybkościach odkształcenia. W obecnych badaniach szybkość odkształcenia plastycznego jest realizowana w rzeczywistych procesach dużej deformacji plastycznej ECAP i HE a badania umocnienia prowadzone na drodze statycznego testu rozciągania ze standardową szybkością na zdeformowanych uprzednio materiałach z silnie ograniczonym grzaniem adiabatycznym (intensywne chłodzenia produktu w obu procesach ECAP i HE).
Proponowane badania mają charakter nowatorski umożliwiając uzyskanie bardziej wiarygodnych danych na temat wpływu szybkości deformacji na mikrostrukturę wybranych metali tj.: jej morfologię, stopień zdefektowania, rozdrobnienia ziaren w trakcie rzeczywistych procesów dużych odkształceń plastycznych oraz wynikające z nich końcowe własności mechaniczne. W bieżącym projekcie zostanie zbadany wpływ szybkości deformacji na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne metali o trzech strukturach krystalograficznych, FCC (miedź – Cu), BCC (żelazo – Fe α) i HCP (cynk – Zn) w celu uchwycenia różnic w ich czułości na szybkość odkształcenia plastycznego oraz zweryfikowania mechanizmów odpowiedzialnych za te różnice.

Rys. Wpływ prędkości odkształcenia w procesie ECAP na zmiany właściwości mechanicznych w miedzi