Kształtowanie mikrostruktury i właściwości stopów aluminium metodą wyciskania hydrostatycznego

W pracy podjęto zagadnienie możliwości kształtowania mikrostruktury i właściwości stopów aluminium metodą wyciskania hydrostatycznego. Podstawową zaletą metody wyciskania hydrostatycznego jest możliwość otrzymania wyrobów o względnie dużej objętości, co stwarza szansę na jej przemysłowe wykorzystanie. Metodę tę wykorzystano do rozdrobnienia ziarna i wytworzenia materiałow o strukturze nanometrycznej. Na przykładzie stopów aluminium wykazano, że wyciskanie hydrostatyczne pozwala na rozdrobnienie ziarna do skali spełniającej warunek nanokrystaliczności. Stwierdzono ponadto, że większość granic ziaren charakteryzuje się dużą wartością kąta dezorientacji. Uzyskane wyniki stały się także podstawą do określenia mechanizmów tworzenia szerokokątowych granic ziaren. W wątku badań aplikacyjnych, efektywność metody wyciskania hydrostatycznego, rozumianą jako zdolność do rozdrobnienia ziaren i tworzenia szerokokątowych granic ziaren, porównano z innymi metodami dużego odkształcenia plastycznego. Wskazano jednocześnie na ograniczenia w zakresie rozdrobnienia ziarna wynikające z efektów cieplnych towarzyszących odkształceniu plastycznemu.W wątku badań poznawczych podjęto zagadnienie roli cząstek faz międzymetalicznych na proces rozdrobnienia ziarna. Analizy dokonano dla dwóch typów faz międzymetalicznych: (1) cząstek pierwotnych oraz (2) wydzieleń wtórnych. Stwierdzono, że cząstki pierwotne o względnie dużych rozmiarach przyszpieszają proces rozdrobnienia ziarna, jednak ich wpływ jest ograniczony do strefy wokół cząstki o szerokości odpowiadającej jej średnicy. Wydzielenia wtórnych faz międzymetalicznych opóźniają natomiast proces rozdrobnienia ziarna. Zaobserwowani i opisano w sposób ilościowy zmiany cech geometrycznych cząstek zachodzące w wyniku wyciskania hydrostatycznego. W pracy wykazano, że stopy aluminium kształtowane metodą wyciskania hydrostatycznego uzyskują nowe, atrakcyjne właściwości mechaniczne otwierające nowe możliwości aplikacyjne tych materiałów. W przypadku stopu 2017 najlepszą wytrzymałość uzyskuje się poprzez wyciskanie materiału w stanie przesyconym. Analizowano także plastyczność, odporność na pękanie oraz stabilność temperaturową stopów aluminum po wyciskaniu hydrostatycznym. Zwrócono uwagę na możliwość kształtowania tych właściwości poprzez odpowiednie przemiany cząstek zachodzące podczas procesu wyciskania hydrostatycznego.

---

The microstructure and properties of aluminium alloys processed by hydrostatic extrusion have been studied. The main advantage of this method is the possibility of obtaining relatively large volumes of products which would allow industrial application. The method of hydrostatic extrusion was applied to refine the grain size and to produce nanocrystalline aluminium alloys. It has demonstrated that hydrostatic extrusion allows for refinement of grain size down to nanometer scale and for the fabrication of nanomaterials with the majority of the grain boundaries possesing a high misorientation angle. Various mechanisms of high angle grain boundary formation have been proposed. The efficiency of hydrostatic extrusion defined as the ability to grain and the formation of high angle grain boundaries, was compared to other severe plastic deformation methods. The limitations of grain refinement, due to the thermal effects of the process of plastic deformation, were also discussed. Various micro structural factors influencing the process of grain refinement were discussed. Within this, the role of intermetallic particles: (1) primary particles and (2) secondary precipitates was analyzed. Primary intermetallic particles, which are relatively large, favour the process of grain refinement. Their impact is however, limited to the vicinity zone of the thickness comparable with the particle size. Precipitates, on the other hand, inhibit the process of grain refinement. The changes in the geometric parameters of the particles were quantitavely described. It has been shown that the grain refinement which takes place duriing hydrostatic extrusion leads to the significant grain boundary stregtheing of a material. The highest increase in strength was observed for 2017 alloy processed in the as-quenched condition. Other mechanical properties such as ductility, fracture toughness and thermal stability were also analysed. The possibilities of their improvement, through the controlled changes in particle size and distribution, are also discussed.