Аннотация результатов, полученных в 2021 году
На данном этапе выполнения работ были проведены комплексные исследования по изучению процессов, сопровождающих формирование текстуры и структуры при проработки малолегированных алюминиевых сплавов легированных железом. Для исследования данных сплавов были проведены комплексные исследования того как термомеханическое воздействие влияет на кинетику рекристаллизации, текстуру, зеренную структуру и субструктуру. Кроме того, было проведено моделирование формирование зеренной структуры и текстуры, а также особенностей зародышей при рекристаллизации при получении литой структуры в сплавах с высоким содержанием магния. Кроме того был развит подход к моделированию текстур деформации с помощью задания больших ансамблей порядка 1000 кристаллитов. В ходе исследования были определены коэффициенты для аналитического уравнения типа Джонсона-Мэла-Аврами-Колмогорова, характеризующие кинетику рекристаллизации алюминия марки А0 алюминиевых сплавов 8011 и 8006 при проработке из литого состояния. Данные коэффициенты следует применять в следующем диапазоне режимов горячей деформации: температура 300÷500 0 C; степень деформации e≈0,6; скорость деформации 3 ÷ 8 с-1. Образцы из алюминия показали более высокую скорость рекристаллизации, чем образцы из сплавов 8011 и 8006. Это можно объяснить присутствием дисперсоидов в сплавах, которые сдерживают процесс рекристаллизации. Количество дисперсоидов в сплаве 8006 оказалось достаточном для полной блокировки процесса рекристаллизации при параметре Z<16. Исходя из полученных данных можно сделать заключение, что процесс рекристаллизации в случае деформации литой структуры с малыми степенями деформации (e≤0,6) обладает двумя основными особенностями по сравнению с более поздними стадиями горячей обработки, а именно, значительным влиянием степени деформации на кинетику процесса, и пониженным влиянием показателя Зинера-Холломона. Кроме того установлено, что количество мелкодисперсных частиц во многом определяет, то насколько сильно степень деформации влияет на кинетику рекристаллизации на данном этапе термомеханической обработки. Чем больше частиц, тем больше внутренней энергии, а следовательно деформации нужно для начала процесса рекристаллизации. При формировании субструктуры в малолегированных сплавах на мезоуровне при логарифмической деформации 0,15 наблюдаются лишь отдельные крупные незамкнутые субзерна, например, сама зеренная структура является дендритной. При повышении степени деформации до 0,3 субструктура начинает измельчаться, а границы субзерен становятся более замкнутые. В целом сохраняется дендритная зеренная структура. При повышении степени деформации до 0,6 наблюдаются замкнутые, но крупные субзерна, а зерна начинают вытягиваться в направлении деформации. Уменьшение размера субзерен и увеличении степени замкнутости их границ объясняется постепенным накоплением дислокации, связанным в том числе с площадью зернёных границ, являющихся основными их источниками. Отметим, что по сравнению с алюминиевыми магниевыми сплавами с такой же степенью деформации субструктура имеет больший размер и формируется значительно позже. Увеличение параметра Зинера-Холломона, так же ведет к измельчению субзеренной структуры, однако данный эффект проявляется слабее чем в алюминиевых сплавах с высоким содержанием магния. Снижение степени деформации наряду со снижением показателя Зинера-Холломона (Z) приводит к замедлению процесса рекристаллизации. При степени деформации e=0,15, процессы рекристаллизации полностью отсутствуют. При изучении эволюции субструктуры установлено, что в алюминиевых малолегированных сплавах с добавками железа, как и в большинстве алюминиевых сплавах в литом состоянии какая-либо выраженная текстура на макроуровне во всех сплавах отсутствует. Такая же картина наблюдается и при степени логарифмической деформации 0,15. Однако при увеличении обжатия до 0,3 начинают появляться небольшие фрагменты текстуры деформации, выраженные в основном близкими к Cu компонентам, расположенным в сечениях фи2 = 20; 30; 40; отметим. При достижении степени деформации 0,6 начинает появляться ярко выраженные текстуры. При этом в сплаве А0 основным типом текстуры является Cu и близкие к ней текстурные компоненты. В то время как в наиболее легированном сплаве 8006 появляется текстура S и текстура латуни. Такое различие объясняется тем, что легирование снижает дефект упаковки, а также повышает уровень кристаллографического упрочнения, что задействует дополнительные системы скольжения особенно Bs. Хотя отличия не такие сильные как при добавлении в алюминий магния. Исследование режимов термомеханической обработки, сплавов с помощью моделирования показало, что в сплаве 1565 ч при проработке литой структуры процесс рекристаллизации не протекает, если не достигается достаточно высоких значений параметра Зинера-Холломона. Моделирование показывает, что происходит вытягивание дендритной литой структуры в направлении прокатки и формирование текстуры β-фибера в которой преимущественную роль играет Bs ориентировка. Моделирование показывает, что по мере увеличения параметра Зинера-Холломона основным механизмом зародышеобразования при рекристаллизации будет PSN механизм и при достаточно высоких параметрах Зинера-Холломона и времени рекристаллизация возможно её полное протекание. Разработан новый метод моделирования формирования текстуры деформации на основе разбиения области решения на домены каждый из которых состоит из ансамбля порядка 1000 кристаллитов. Алгоритм расчета разработанной модели основан на определении траектории деформации для домена, содержащего данный ансамбль, с помощью метода конечных элементов. После определения траектории деформации, алгоритм модели предусматривает разбиение на шаги по времени и, исходя из этого, задание граничные условий для домена, включающего ансамбль кристаллитов. Разработанная в проекте модель также позволяет решить задачу о деформации домена, при этом каждом кристаллиту соответствует один или несколько конечных элементов. Реализованная в модели схема расчета пластической деформация внутри домена основана на представлениях о системах скольжения и поэтому при вычислении, помимо пластической деформации, определяется величина поворота кристаллической решетки, т.е. формирование текстуры в том числе внутри зерен.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
На втором этапе выполнения Проекта 2021 18-79-10099-П «Создание модели расчета эволюции текстуры и структуры на ранних этапах термомеханической обработки алюминиевых сплавов, в том числе с добавками переходных металлов» основное внимание было уделено моделированию процесса рекристаллизации малолегированных алюминиевых сплавов. Для этого в первую очередь была усовершенствована модель расчета количества основных зародышей, характерных для данных сплавов. В настоящий момент они включают в себя субзерна, возникающие на границах двух кристаллитов, частицы второй фазы, а также кубические полосы и полосы сдвига. Моделировать такой широкий спектр зародышей рекристаллизации позволил новый подход к расчету размера субзерна. Он основан на том, что модель, развитая на прошлом этапе Проекта 2021, позволяет моделировать разницу в накопленной энергии деформации как внутри отдельного кристаллита, так и вне его, а также учитывать, какая из части энергии идет на повышение температуры в результате деформационного разогрева, а какая остается в виде дефектов кристаллической решетки. Это происходит оттого, что модель позволят разбить кристаллит на отдельные элементы, каждый из которых имеет собственную ориентацию и из-за этого получает деформацию, отличную от соседних с ним. Все это дало возможность рассчитывать разницу в размере субзерен, как и в различных кристаллитах, так и (при необходимости) внутри отдельно взятого кристалла. Это позволяет значительно повысить точность вычисления количества зародышей, необходимых для начала процесса рекристаллизации, а также усовершенствовать процесс расчета их ориентированного роста. Разориентировка внутри кристаллитов также может быть определена из созданных феноменологических зависимостей, или непосредственно в ходе расчета деформации (в зависимости от типа задачи). Кроме того, модель позволяет определять количество кубических полос и полос сдвига. Данный расчет основан на том, что различным образом ориентированные по отношению главных осей деформации зерна имеют различные факторы Шмидта плоскостей скольжения. В силу того, что вся совокупность зерен должна деформироваться с сохранением сплошности поликристаллического образца, возникает неравномерность деформации зерен. В модели рассматриваются два вида такой неравномерности: кубические полосы и полосы сдвига. В модели предполагается, что полосы деформации разделяют область зерна на две подобласти с существенно разным поворотом решетки и интенсивностью деформации. Полоса сдвига представляет собой узкую полосу, сохраняющую исходную ориентацию зерна и разделяющую две области зерна, претерпевших существенную деформацию кристаллической решетки. Для определения таких областей применяются два метода: использование конечных элементов с высоким порядком аппроксимации и разбиение на конечные элементы таким образом, что зерно с одной ориентацией представлено множеством конечных элементов. Для имплементации модели, а также для изучения характера формирования текстуры и субструктуры, при проработке литой структуры в алюминиевых сплавах была проведена её апробация в различных режимах термомеханической обработки, которая показала высокую сходимость данных расчета и экспериментальных результатов. Для изучения микроструктуры на этапе проработки литой структуры и верификации модели применялся комплексный подход, включающий в себя метод дифракции отражённых электронов (EBSD), просвечивающую микроскопию и рентгеноструктурный текстурный анализ. Моделирование и экспериментальное изучение проработки литой структуры позволило установить, что в малолегированных сплавах при рекристаллизации на стадии проработки литого материала так же, как и в сплавах с высоким содержанием магния, получается структура, характеризующаяся главным образом бестекстурной составляющей. В то же время причины появления бестекстурной составляющей имеют существенные отличия. В сплавах с высоким содержанием магния уже на этих стадиях наблюдается субструктура из хорошо сформированных субзерен малых размеров. Размеры субзерен меньше, чем размеры интерметаллидов, которых достаточно много в данных сплавах, и они в целом крупнее субзерен, особенно на этапе проработки литой структуры, пока еще не произошло их дробление. Поэтому на этапе проработки литой структуры основным типом зародышей рекристаллизации в алюминиевых сплавах, легированных магнием, являются зародыши PSN-механизма. Кроме того, основываясь на результатах исследования, выполненных на предыдущем этапе Проекта 2022, был разработан и экспериментально апробирован способ получения бестекстурной составляющей и повышенных механических и коррозионных свойств в алюминиевых сплавах с высоким содержанием магния. Фактически данный подход позволяет получать рекристаллизованную и мелкозернистую структуру, не имеющую явно выраженной текстуры во всем спектре алюминиевых сплавов с высоким содержанием магния. В ходе реализации данного этапа проекта опубликовано шесть статей в изданиях, индексируемых в Scopus и RSCI, в том числе три из них – в отечественных журналах, входящих во второй квартиль Scopus. Получены права на три РИД (две программы ЭВМ и одну базу данных) и подготовлено к отправке в ФИПС еще четыре (два патента на изобретение и одна программа ЭВМ). Кроме того, одна монография подготовлена к печати.