Поверхностные явления при деформации алюминиевых сплавов
Линии Людерса. При растяжении или формообразовании некоторых алюминиевых сплавов наблюдаются линии Людерса двух типов. Линии первого типа (тип А) показаны на рис. 4.23, их появление связано с течением металла при достижении предела текучести отожженных или термообработанных сплавов на основе твердых растворов, таких как сплавы системы Al-Mg. Эти линии очень похожи на наблюдаемые в листовой стали, появляющиеся при растягивающих напряжениях в процессе формообразования. Хотя линии Людерса не влияют на свойства деталей, они портят внешний вид изделий. Поэтому разработаны специальные состоятия материала (H11X), формообразование в которых не вызывает образования линий Людерса типа А. В сплавах, склонных к образованию таких линий, появление их можно предотвратить проведением операций формообразования при температурах несколько выше 150°С.
Второй тип линий Людерса (называемый иногда явлением Портвена-Ле Шателье) наблюдается в процессе правки листов растяжением при напряжениях, превышающих предел текучести. В отличие от линий первого типа эти линии наблюдаются в некоторых сплавах как в нагартованном, так и в отожженном состояниях и имеют вид полос, ориентированных под углом около 50° к оси растяжения. Полосы располагаются вдоль оси в процессе растяжки, численность их возрастает по мере развития процесса. На диаграмме "напряжение-деформация" неравномерность деформации, связанной с этими полосами, проявляется в виде ступенек и зубцов вплоть до начала образования шейки на образце. Разрушение обычно происходит по полосе Людерса. Образование полос Людерса второго типа редко наблюдается при производственных операциях формообразования, но они могут встречаться в нагартованных листах и плитах, прошедших правку растяжением для обеспечения требуемой плоскостности. Листы сплавов системы Al-Mg проявляют повышенную склонность к образованию линий Людерса, которая усиливается с увеличением легирования твердого раствора. В термически упрочняемых сплавах склонность к образованию линий Людерса наблюдается только в свежезакаленном состоянии.
"Апельсиновая корка" — характерная шероховатость поверхности изделий из алюминия, изготовленных методами растяжки, гибки или глубокой вытяжки (рис. 4.24). Шероховатость связана с размером зерна в поверхностном слое изделия: в мелкозернистом материале она незначительна или совсем отсутствует, в крупнозернистом она выражена сильнее, вплоть до образования "апельсиновой корки". Причиной образования "апельсиновой корки" является неравномерность деформации зерен в поверхностном и внутреннем слоях: зерна в поверхностном слое деформируются легче в соответствии с механизмом скольжения по базисным кристаллографическим плоскостям. Величина деформации в металле различна в зависимости от ориентации зерна относительно соседних зерен и приложенного напряжения. Неоднородность деформации от зерна к зерну и приводит к образованию "апельсиновой корки".
Размер зерна в участках "апельсиновой корки" зависит от типа детали, степени деформации и структуры сплава. Иногда скопления мелких зерен с близкой ориентировкой деформируются так же, как крупнозернистый металл, и в результате образуют "апельсиновую корку". При наличии крупных зерен небольшой толщины в поверхностном слое "апельсиновая корка" менее грубая, чем при большей их толщине. В изделиях, изготовленных методом горячей деформации, шероховатость в виде "апельсиновой корки" меньше, чем в холоднодеформированных.
Волнообразные линии течения — другая разновидность шероховатости поверхности, иногда встречающаяся при глубокой вытяжке алюминиевых листов (рис. 4.25).
Появление волнообразных линий течения свидетельствует о неравномерности деформации, обусловленной неоднородностью структуры металла. Одной из наиболее распространенных причин образования волнообразных линий течения в нагартованном листе служит полосчатая зеренная структура листа. Источником такой структуры являются крупные зерна, появляющиеся при горячей прокатке или холодной деформации. Такие же волокна могут вызвать образование волнообразных линий течения в отожженном листе при отсутствии рекристаллизации или если в результате рекристаллизации образуется мелкозернистая структура, зерна Которой, возникшие из данного волокна, имеют почти одинаковые ориентировки и деформируются как одно вытянутое зерно. Такие колонии мелких зерен, окружающие ранее образовавшиеся более крупнозернистые Участки, иногда называют псевдозернами ("ghost grains").
Причиной возникновения волнообразных линий течения может быть также образование скоплений нерастворившихся составляющих. Крупные дендритные колонии, сохраняющиеся в процессе гомогенизации слитков и при повторном нагреве, могут приводить к возникновению строчечной структуры и линий течения. Основными элементами, образующими такие скопления, являются хром, железо и марганец. Из-за их малой растворимости в алюминии и низких скоростей диффузии затрудняется гомогенизация.
В условиях производства линии течения встречаются редко. Они устраняются подбором режимов литья, гомогенизации и технологических операций таким образом, чтобы свести к минимуму образования скоплений избыточных фаз и предотвратить появление крупных зерен.
Остаточные напряжения — одно из последствий холодной деформации; в макромасштабе они устраняются отжигом.