Сборник трудов конференции Павловские чтения 2010
Подождите немного. Документ загружается.
Секция 6. Формирование структуры и свойств металлопродукции.
610
(
фиг. 2б, кривая 3). В образцах после ИПД этот процесс начинается раньше, компенсируя
эффект разупрочнения деформированной структуры.
В сплаве с 9,85 %Cr, подвергнутому КГД, начало заметного разупрочнения
начинается при температуре около 350°С (фиг. 3, кривая 1), а диапазон, в котором
микротвердость остается на высоком уровне становится значительно больше. Полного
разупрочнения не наблюдается вплоть до температуры 600°С.
Фиг. 3. Зависимость микротвердости (а) и удельного электросопротивления (б) сплава
Cu-9,85 %Cr от температуры нагрева. Обозначения обработок: 1 – ТО1+ КГД; 2 – ТО1.
Удельное электросопротивление сплава в указанном состоянии плавно снижается
при увеличении температуры нагрева вплоть до 500°С, после чего не изменяется. В
образце, не подвергнутом КГД, температура старения совпадает с таковой для
низколегированной хромистой бронзы, обработанной по такому же режиму (кривая 2 на
фиг. 3а).
Секция 6. Формирование структуры и свойств металлопродукции.
611
Фиг. 4. Зависимость микротвердости (а) и удельного электросопротивления (б) литого
сплава Cu-27 %Cr после КГД от температуры нагрева.
В сплаве Cu-27 %Cr, который в литом состоянии был подвергнут КГД,
разупрочнение наблюдается при температуре выше 450°С (фиг. 4). Очевидно, что в
высоколегированных хромистых бронзах за счет большого количества Cr-фазы рост
фазовых составляющих ограничен, что обуславливает высокую термическую
стабильность этих сплавов после КГД.
3.
Микроструктура до и после деформации
Исследование микроструктуры сплавов до КГД показали, что в литом состоянии
структура низколегированной хромовой бронзы представляет собой дендриты твердого
раствора на основе меди (Cu), по ветвям которых были распределены включения Cr-фазы
(
твердый раствор на основе Сr) (фиг.5а). При увеличении содержания хрома в структуре
сплавов появляются крупные первичные выделения Cr-фазы в форме дендритов и мелкие
кристаллы Cr внутри медного твердого раствора (фиг. 5б). После ковки и последующей
закалки структура становится более равномерной, исчезают дендриты, хорошо
просматриваются зерна и двойники деформации и отжига, часть хрома переходит в
твердый раствор, уменьшая количество включений Cr-фазы (фиг. 5в, г). Проведенный для
сплава Cu-0,75 %Cr изотермический отжиг при 600°С привел к распаду пересыщенного
твердого раствора, переводя структуру в равновесное состояние (фиг. 5д).
Секция 6. Формирование структуры и свойств металлопродукции.
612
Секция 6. Формирование структуры и свойств металлопродукции.
613
Фиг. 5. Микроструктура сплавов до деформации: Cu-0,75 %Cr ( а, в, д) и Cu-9,85 %Cr (б, г)
в литом состоянии (а, б), после закалки с 900°С (в, г) и после отжига при 600°С (д)
В низколегированном сплаве с 0,75 %Cr интенсивная пластическая деформация не
оказывает значительного влияния на специфику распределения частиц хрома, их
количество и размер. После отжига происходит укрупнение частиц Cr-фазы, и структура
становится похожей на исходную структуру после отжига при 600°С, которая приведена
на фиг. 5д.
В сплавах с большим содержанием хрома структура сильно изменяется в процессе
ИПД. Поскольку при КГД деформация неравномерно распределяется от центра к
периферии, то в структуре сплавов можно выделить три зоны (фиг. 6). В центре
заготовки, где степень деформации минимальна, вид и размер Сr-фазы соответствуют
исходному состоянию.
В сплаве с 9,85 %Cr сохраняется крупная хромовая фаза (фиг. 6а), размер которой
составляет ~8 мкм. В сплаве с 27 %Сr размер хромовой фазы до и после отжига при
температуре 600°С был равен ~16мкм (фиг. 6г).
Секция 6. Формирование структуры и свойств металлопродукции.
614
Фиг. 6. Микроструктура сплавов Cu-9,85 %Cr (а, в) и Cu-27 %Cr (б, г) после КГД (а, б) и
последующего отжига при 600°С (в, г).
Секция 6. Формирование структуры и свойств металлопродукции.
615
На расстоянии около 1 мм от центра образца фаза приобретает вытянутую в
направлении кручения форму, однако она остается достаточно крупной с размером
поперечного сечения ~11 и ~7 мкм для сплавов с 27 и 9,85 %Cr соответственно. При
дальнейшем удалении от центра образца размер фазы значительно уменьшается, причем в
сплаве с 9,85 %Cr фаза размером ~4 мкм не имеет определенной ориентации и равномерно
распределена в Cu- матрице (фиг. 6а). В сплаве Cu-27%Сr хромовая фаза имеет такой же
размер ~5 мкм и также равномерно распределена в медной матрице (фиг. 6б). В процессе
отжига происходит выделение частиц Cr-фазы из пересыщенного твердого раствора (фиг.
6в, г).
В заключении следует отметить, что применение ИПД к исследуемым сплавам
позволяет получать весьма благоприятный комплекс свойств (таблица).
Таблица
Значения электросопротивления и микротвердости для сплавов в исходном состоянии,
после КГД и последующего нагрева до температуры начала разупрочнения*
HV, МПа ρ, мкОм·см HV, МПа ρ, мкОм·см HV, МПа ρ, мкОм·см
отжиг
1172
±24
2,7±0,06
1613
±26
3,54±0,15
1600±16
3,34±0,15
закалка
1100
±16
3,51±0,09
1715
±21
5,12±0,22
1708±39
3,83±0,22
Cu-9,85%Cr закалка
1160
±44
4,75±0,12
2140
±22
6,73±0,26
2065±38
5,19±0,26
Cu-27%Cr литое 1402±79 4,75±0,12 2698±90 10,70±0,39 2742±48 5,42±0,30
КГД и нагревИсходное состояние КГД
Сплав
Cu-0,75%Cr
ТО
*
Температура начала разупрочнения для сплава Cu-0,75%Сr в исходно
отожженном состоянии принята равной 100°С, исходно закаленной - 250°С, для сплава
Cu-9,85%Сr - 300°С, Cu-27%Сr - 450°С.
После КГД микротвердость значительно увеличивается, однако удельное
электросопротивление также возрастает. При этом степень увеличения обоих параметров
зависит от содержания хрома. Последующий отжиг позволяет минимизировать этот
негативный фактор, и при температуре, когда микротвердость еще остается на высоком
уровне, удельное электросопротвление практически достигает исходного значения.
Выводы
1.
Исследована микротвердость, удельное электросопротивление и структура медно-
хромовых сплавов с различным содержанием хрома (0,75; 9,85 и 27 %Cr) после кручения
под гидростатическим давлением (КГД: Т=20
о
С, Р=4 ГПа, ε ≈ 4,8 ) и термической
обработки в различных условиях. Установлено, что с увеличением содержания хрома
микротвердость и удельное электросопротивление возрастают. Для сплава Cu-0,75 %Cr
значения микротвердости после КГД несколько выше в исходно закаленном состоянии по
сравнению с исходно отожженным.
2. Исследована термическая стабильность формирующихся в ходе КГД структур медно-
хромовых сплавов. Установлено, что стабильность структур зависит как от исходного
состояния сплавов, так и от количества хромовой фазы в сплавах. В низколегированной
бронзе предшествующая КГД закалка заметно увеличивает термическую стабильность
сплава, по сравнению с отжигом. При увеличении хромовой фазы температура начала
разупрочнения повышается и в сплаве с 27 %Cr достигает температуры 450°С.
Секция 6. Формирование структуры и свойств металлопродукции.
616
3.
Применение КГД и нагрева к исследуемым сплавам позволяет получать весьма
благоприятный комплекс свойств при температуре, когда микротвердость еще остается на
высоком уровне, а удельное электросопротвление практически уменьшается до исходного
значения.
Литература
1. Patlan V., Suzuki Y., Kitagawa K., Kopylov V.I, Vinogradov A.. “Structure and properties of
ultra-fine grain Cu-Cr-Zr alloys produced by equal-channel angular pressing” // Acta Materialia.
2002. V. 50. P. 1639-1651
2. Vinogradov A., Ishida T., Kitagawa K., Kopylov V.I. “Effect of strain path on structure and
mechanical behavior of ultra-fine grain Cu-Cr alloys produced by equal-channel angular
pressing” // Acta materialia. 2005. V. 53. P. 2181-2192
3. Wang Q.J., Xu C.Z., Zheng M.S., Zhu J.W., Du Z.Z. “Fatigue crack initiation life prediction
of ultra-fine grain chromium-bronze prepared by equal-channel angular pressing” // Mater. Sci.
Engin. A. 2008. V.496. P. 434-438
4. Sauvage X., Jessner P./ Vurpillot F., Pippan R. “Nanostructure and properties of a Cu-Cr
composite processed by severe plastic deformation” // Scripta Materialia. 2008. V.58. P. 1125-
1128
5.
Дриц М.Е., Бочвар Н.Р., Лысова Е.В., Леонова Н.П. “Исследование электрических
свойств и структуры сплавов системы медь-хром”. Изв. Вузов. Цветная металлургия.
1983.
№ 4 . С. 89-92
6. Теодорович О.К. “Материалы для электрических контактов высоковольтных
выключателей” // Сб. Сильноточные контакты и электроды. Киев: АН Ук. ССР, 1972. С.
221-228
7. Фаизова С.Н., Валиев Р.З., Латыш В.В., Саркеева Е.А., Аксенов Д.А. “Эволюция
вторичных фаз в низколегированных хромовых бронзах при равноканальном угловом
прессовании” // Труды 12-ого международного симпозиума Упорядочение в минералах и
сплавах. Ростов-на-Дону. 2009. Т. 1. С.13-17
617
Авторский указатель
Автор
Стр.
Banaszek G.S.
438
Dyja H.J.
135, 142, 365, 438
Kawałek
A
.
A
.
135, 142, 365
Mróz S.A.
135, 142, 365, 438
Szota P.L.
135, 142, 365
Адигамов Р.Р.
149
Акопян К.Э.
267
Алдунин А.В.
155
Александров А.А.
165, 171
Алексашин А.А.
110
Алексеев П.А.
260
Алымов М.И.
444, 537
Анезирис К.
493, 504
Анкудинов А.Б.
537
Антипов В.И.
260
Ашихмин Г.В.
452
Бакунова Н.В.
585
Балашов С.А.
149
Белов А.В.
476
Белов В.Г.
476
Бельский С.М.
161
Бодров Д.В.
271
Божков А.И.
165, 171
Бочвар Н.Р.
605
Бурхано
в Г.С.
45
Вавилкин Н.М.
271, 275
Вагапов Е.Н.
286
Вайгельт К.
493, 504
Васильев А.А.
521
Вахрушев В.К.
372
Власова Д.В.
530
Водянов К.С.
372
Галкин А.М.
178
Галкин Е.В.
458
Галкин М.П.
393
Галкин С.П.
500
Ганин С.В.
459,512
Гарбер
Э.А.
184
Г
енкин А.Л.
196
618
Головин С.В.
245
Гончарук А.В.
280, 290, 409
Груздев Д.П.
480
Губанова Н.В.
217
Гук С.В.
493, 504
Давыдова Е.А.
290
Дёгтев С.С.
165, 171
Добаткин С.В.
574, 585, 605
Доронин И.В.
260
Дрёмов В.П.
78
Дубовцев И. С.
382
Дыя Х.
178, 382
Ефимова Ю.Ю.
600
Жихарев П.Ю.
393
Зеленский В.А.
537
Зинкевич М.Б.
255
Зиновьев А.В.
33, 255
Зинягин А.Г.
209
Золотов А.М.
459, 512
Ивлиев С.Н.
165, 171
Кавалла Р.
493,504
Камалетдинов И.Ш.
468
Капуткина Л.М.
110, 413
Карелин Ф.Р.
217
Чопоров В.Ф.
217
Карпов С.М.
403
Касаткин Н.И.
476
Квапиш М.
178
Климов Н.П.
300
Кобелев О.А.
471
Ковалев Д.А.
374
Ковалевская О.В.
516
Коджаспиров Г.Е.
574
Кожевников А.В.
184
Кокорин А.В.
487
Кокорин В.Н.
480, 487
Колбасников Н.Г
.
521
Колесников А.Г.
530
Колобов А. В.
267, 328, 343, 312, 322
Кондаков Д.С.
250
Копылов В.И.
585
619
Корзников А.В.
564
Корзникова Г.Ф.
564
Королев В.А.
413
Красиков А.В.
275
Кузнецов В.В.
184
Кузнецов Е.В.
118
Лaбер К.
382
Латкин Д.И.
280
Левшунов М.А.
300
Лукина Ю.А.
260
Мазур С.И.
232
Макаров Е.В.
232
Мальцев А.А.
389
Машеков С.А.
224
Миляев А.И.
537,564
Миляев И.М.
537, 564
Митюшкин А.А.
480, 487
Михальцевич И.Ю.
530
Мишнев П.А.
149
Мухин Ю.А.
161, 232
Мюллер В.
493
Никитин Г.С.
372, 393
Николаев А.Г.
398, 452
Нугман Е.З.
224
Нуртазаев А.Е.
224
Онучин А.Б.
409
Орлов Г.А.
286
Осадчий В.А.
239
Осадчий В.Я.
30, 300, 374, 403
Павлов С.И.
184
Палигин Р.Б.
149
Паршиков Р.А.
459
Перкас М.М.
543
Петров К.А.
299
Плохих А.И.
530
Полякова М.А.
433
Попков А.Г.
245
Портная З.Н.
217
Потемкин В.К.
250, 555
Просвирнин Д.В.
585
Пруцков М.Е.
564
Пустовалов Е.А.
290