книги из ГПНТБ / Червякова, В. В. Сложные латуни и бронзы. Свойства, строение и вопросы технологии

обжатия углов слитка по длине до диаметра 360 ±8 мм от­ пуск при 500—550° 8 ч и медленное охлаждение в печи.

Обработка четырех слитков по этим схемам показала их непригодность: во всех случаях на поверхности и торцах поковки появляются глубокие трещины. Слитки хорошо вы­ держивают осадку и почти без разрушения проковываются в одном направлении, но всегда растрескиваются при де­ формации после кантовки. Таким образом, ковка крупных медно-серебряных слитков с малыми обжатиями в плоских бойках при небольшой скорости деформирования оказыва­ ется невозможной. Для получения заготовки в этом случае необходим совершенно другой процесс — метод прессования или же ковка с большими обжатиями в вырезных бойках.

Для непрерывного литья бескислородной меди в настоя­ щее время используются литые заготовки. Внутренняя по­ лость получается методом протяжки и покрывается хро­ мом, затем кристаллизатор подвергается термической об­ работке.

Низкие пластические свойства медно-серебряных спла­ вов связаны с процессом старения, протекающим в этих сплавах по двухфазному механизму. Процесс распада пере­ сыщенного твердого раствора, фиксируемого при литье, на­ чинается, как показано выше, со стадии расслоения сі-фа- зы, приводящего к сильной концентрационной неоднород­ ности сплава. Пластическая деформация в таком случае протекает очень неравномерно вследствие наличия большо­ го числа участков с более высоким сопротивлением дефор­ мированию. Эти участки становятся концентраторами на­ пряжений и центрами микротрещин. Разрушение сплава происходит при относительно невысоких деформациях. Сле­ довательно, и в этом случае технологические свойства спла­ вов определяются, в первую очередь, развитием в момент де­ формации структурных превращений, обусловленных при­ родой сплава, и в первую очередь, вероятно, природой его основы — меди, ее способностью давать с серебром твердые растворы разной концентрации.

Обобщая вышеприведенные данные, можно сделать сле­ дующие выводы:

1. В простых и сложных безоловянистых бронзах про­ должает наблюдаться общность свойств сплавов с чистой медью. Это проявляется прежде всего в немонотонном изме­ нении пластичности и прочности с температурой, в развитии эффектов старения, провалов пластичности и наблюдаемых в некоторых случаях переходах материалов в сверхпластич­

240

ное состояние. Анализ результатов изменения механических свойств при нагреве этих сплавов и чистой меди выявляет одни и те же критические точки развития аномалий, кото­ рые при определенных условиях деформации и состояния образцов возникают вблизи 300, 500, 700 и 850°.

2.Вместе с тем введение в медь различных компонентов

идобавок вызывает различные, порою совершенно своеоб­ разные особенности свойств и их аномалий. Очень ярко из­ менение структуры сплавов под влиянием легирования про­ является при двухфазном распаде в серебряных бронзах, ко­ торый оказалось возможным связать со строением диаграм­ мы состояния. Она по нашему варианту отражает развитие превращений в меди и появление различных температурных форм твердых растворов на ее основе, сильно отличающихся по свойствам. Действие серебра в данном случае заходит

ного распада, проявляющегося в конечном счете в возник­ новении эвтектоидного превращения. Этот факт может слу­ жить одним из наиболее веских доказательств существова­ ния у меди изоморфных переходов и их влияния на протекание превращений в медных сплавах.

16-192

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализом экспериментального материала по сложным латуням и бронзам устанавливаются некото­ рые закономерности формирования структуры и свойств медных сплавов, позволяющие рассматривать их как еди­ ный класс металлических материалов.

Прежде всего следует сформулировать представление о проявлении четкого единства свойств всех медных компози­ ций. Сюда относятся общеизвестные данные: близкие удельные веса меди и ее технических сплавов, прочност­ ные и пластические свойства при комнатной температуре, относительно высокая технологичность, сходные физичес­ кие свойства (электрические, тепловые и другие), а также одинаковое их изменение с составом и температурой. Одна­ ко имеется и гораздо более интересная общность свойств, к рассмотрению которой мы и переходим.

известна еще в начале века, однако в последнее время ста­ ло совершенно ясно, что у всех медных сплавов, как и у са­ мой меди, зона тепловой хрупкости состоит из нескольких провалов пластичности, хорошо развитых или едва наме­ ченных. Введение любых добавок не устраняет, а лишь трансформирует эти провалы. При изменении исходного состояния сплавов, скорости деформации, наложении пред­ варительного наклепа они проявляются при более низких или высоких температурах.

Аномалией свойств меди и ее сплавов является необыч­ ное изменение под влиянием температуры удлинения, ха­ рактеристики, по общему мнению, описывающей способ­ ность металлов к упрочнению. Удлинение с температурой

242

возрастает немонотонно, при некоторых температурах на­ блюдаются особенно высокие его значения. Создается впе­ чатление, что медь и ее сплавы выше 550—600° приобрета­ ют повышенную способность к упрочнению при дефор­ мации.

При действии предварительной деформации эти всплес­ ки преобразуются в эффект сверхпластичности, который с концентрацией цинка постепенно усиливается. Его макси­ мальное развитие фиксировано вблизи 850°. Сверхпластич­ ность меди и латуней в области высоких температур опровер­ гает представление о решающей роли порчи границ зерен в образовании аномалий механических свойств.

Заслуживают внимания и особенности изменения проч­ ности с температурой. До начала развития провала пластич­ ности (250—300°) у меди и большинства ее сплавов времен­ ное сопротивление слабо изменяется или остается постоян­ ным с температурой. В области тепловой хрупкости проч­ ность понижается так, что ее можно описать отрезками раз­ ных экспонент, смыкающихся обычно при тех же темпера­ турах, при которых наблюдается минимальное сужение. Эти аномалии прочности могут отмечаться даже в тех слу­ чаях, когда провалы пластичности не обнаруживаются.

Общность свойств медных сплавов не исчерпывается одинаковым развитием аномалий механических свойств. Она проявляется и при дилатометрическом анализе: переломы на дилатограммах, как правило, возникают при тех же тем­ пературах, что найдены и для провалов пластичности (око­ ло 300, 500, 700 и 850°). При добавлении легирующих ком­ понентов или переходе к новому состоянию сплавов эти температуры несколько меняются, переломы на дилатограммах выражаются слабее или сильнее, но сохра­ няются практически всегда. В гетерогенных сплавах возни­ кают дополнительные эффекты, связанные с изменением фазового состояния.

Эти данные дополняются результатами термографиче­ ских исследований: при некоторых из названных температур наблюдаются четкие тепловые эффекты, при других — ано­ мальное изменение хода кривых нагрева или охлаждения. Хорошо известно также хотя и малое, но ясно воспроизводи­ мое изменение теплоемкости при 300° у латуней, которое обычно объясняют ближним упорядочением. Сходным обра­ зом у меди и ее сплавов меняется электросопротивление: практически во всех случаях на температурной кривой про­ водимости вблизи упомянутых выше температур замечают­ ся переломы, когда меняется знак температурного коэффи­ циента электрических свойств.

243

При исследованиях термически обработанных латуней и бронз вблизи «критических» температур обнаруживают­ ся очень ясные эффекты на кривых микротвердости и пара­ метра кристаллической решетки твердых растворов.

Таким образом, медные сплавы объединяются законо­ мерностью изменения и физических свойств: электрической проводимости, теплового расширения и теплосодержания образцов.

Общим для всех медных сплавов и самой меди является развитие старения ненасыщенных твердых растворов: а- алюминиевых бронз, а-латуней, а-оловянистых бронз и чис­ той меди. Естественно, что в данном случае действуют иные закономерности, чем при обычном распаде, вследствие чего этому старению и было дано название «гомогенное» старе­ ние ненасыщенных твердых растворов.

Примечательные особенности свойств меди и ее сплавов обнаружены при изучении предварительно дефор­ мированных сплавов. Малые пластические деформации осо­ бенно сильно действуют на чистую медь, существенно по­ нижая ее пластичность в литом состоянии («закаленном из жидкости») и полностью расстраивая процесс горячей про­ катки. Высокие предварительные деформации способству­ ют повышению пластичности. При этом наблюдается ряд особенностей в развитии аномалий механических свойств: независимо от исходного состояния металла холодная дефор­ мация приводит сначала к появлению и усилению высоко­ температурного провала пластичности (при 850°) и общему расширению зоны тепловой хрупкости. Затем с ростом на­ клепа развитие этой зоны уменьшается (почти до полного исчезновения) с сильным перемещением ее к низким темпе­ ратурам, иногда вплоть до комнатных.

Такое влияние предварительной холодной деформации на развитие аномалий механических свойств является об­ щим для меди, простых и сложных а-латуней и а-оловя­ нистых бронз (по другим композициям сведения просто от­ сутствуют). Весьма интересным при этом является переход к сверхпластичности около 850°, мало заметный у меди и очень хорошо проявляющийся у латуней. Эффект сверх­ пластичности возникает вместо провала и четко развивает­ ся при определенных концентрациях твердых растворов и степенях предварительного наклепа.

Другим примечательным фактом, насколько извест­ но нам, не отмеченным в научной литературе, является со­ хранение влияния предварительной холодной деформации на состояние сплавов далеко за пределами завершения ре­ кристаллизации обработки: разница в свойствах равновес­

244

ных и предварительно деформированных материалов ус­ тойчиво сохраняется вплоть до самых высоких темпера­ тур — 900—950°.

Один из результатов такого влияния предварительного наклепа и выражается в эффекте сверхпластичности у меди и латуни при 850°. Как видно, медные композиции испыты­ вают одинаковое действие предварительной пластической деформации на развитие аномалий их свойств.

Как было показано, двухфазный распад медных спла­ вов, обнаруженный в серебряных и оловянистых бронзах, со­ провождается в некоторых случаях изменением структуры. Для серебряных бронз эти трансформации настолько замет­ ны, что позволяют говорить о связи их с превращениями, не отмеченными на существующей диаграмме состояния. Аналогичным образом с похожим изменением структуры протекает распад и у медно-индиевых сплавов (не рассмо­ тренных в данной работе). У оловянистых бронз это превра­ щение также необъяснимо с точки зрения существующей диаграммы состояния системы медь — олово. Вероятно, ее строение в a-области более сложно, чем принято представ­ лять в настоящее время.

Интересно, что температурные области двухфазного рас­ пада и вызванные этим явлением аномалии свойств сов­ падают для серебряных и оловянистых бронз, а также' для медно-индиевых сплавов. Признаки двухфазного распада, правда, очень нечеткие, наблюдаются у латуней и связыва­ ются с более сложным строением диаграммы состояния медь — цинк.

Таким образом, общим для большинства медных спла­ вов является развитие в них двухфазного распада, который скорее всего обусловлен более сложным строением диаграмм состояния этих систем, чем принятым в настоящее время.

Надо отметить, что различные компоненты по-разному изменяют свойства меди. Так, у литых и отожженных лату­ ней провал пластичности, как и у меди, развивается при средних температурах. При введении олова это свойство ме­ ди сохраняется только в равновесных сплавах. У литых бронз зона хрупкости распространяется вплоть до солидуса. В серебряных бронзах серебро значительно изменяет свойст­ ва вообще, главным образом за счет сильного развития превращения (монотектоидный или эвтектоидный распад). Подобным же образом действуют совместные добавки в медь кремния и марганца, а также алюминия и марганца, когда резкое уменьшение предельной концентрации твердых растворов приводит к развитию интенсивного распада с не­ обычным изменением пластичности — она оказывается су­

245

ЛИТЕРАТУРА

1. С м її р я г и н А. П. Промышленные металлы и сплавы. М., Металлургиздат, 1956.

2. D о n а 1 d А., Mc. CarthyM. USPO, Patented, Маг. 8, 1966,

№3, 239, 333.

3.К о ч н е в М. И. О соответствии температур аномального измене­

ния свойств меди, ее соединений и сплавов. «Изв. АН СССР, ОТН», 1956, № .12.

4.Пресняков А. А. К вопросу о провалах пластичности у очень чистых металлов. В сб. : «Обработка металлов давлением». Фрунзе, «Мектеп», 1969, стр. 11.

5.Б о я з и т о в М. И. и др. Влияние наклепа на внутреннее трение

электротехнической меди. В сб. : «Научно-технические труды НИИмет». Челябинск, Облиздат, 1961.

6.Постников В. С. Внутреннее трение и модуль сдвига чистой меди и бериллневой бронзы. «Докл. АН СССР», 1953, 91, № 1.

7.T i n g-sei — «Phys. Rev.», 1949, 75, 10, 1626.

8. С а г г e к е г R. Р., Hibbard W. R. — «Acta Met.», 1953,

№1, 98.

9.Никитина A. К., Большанина M. A. Влияние скорости деформации на разупрочнение меди. В сб. : «Исследования по физике твердого тела». М., Изд-во АН СССР, 1957.

11.Hume-Rottery W. and Anderwers К. W.— «J. Inst. Met.», 1942, 68, 19.

12.К о 4 h e в M. И. Упругость диссоциации арсенида меди. «Докл. АН СССР», 1951, 79, № 3.

13.К о ч н е в М. И., Зайдман T. Н. Особенности изменения фи­ зико-химических свойств селенида меди. «Изв. АН СССР, ОТН», 1953,

№12.

14.Григорович В. К. Периодический закон Менделеева и элек­ тронное строение металлов. М., «Наука», 1966.

15. Cohen Е., Helder man W. D.— «Phys, chem.», 1914, 87, 4, 419—425.

16. Le Verrier — «Conipt. rend. Acad, sci.», 1892, 114, 907.

17. С о h e n E. — «Z. phys. Chem.», 1915, 89, 489.

18. Brooks C. R., No re m W. E., W r і g h t I. W. — «J. Phys, sol.», 1968, 29, 565—574.

247

19.Somerville A. A. — «Z. Phys.», 1910, 31, № 3.

20.CrussardC., AubertinF. A.— «Rev. Met.», 1949, 46, 354.

21. В о 1 g і n Ovidiun — «Studii si cecretari Metallyrgic Acad.

R.P. R.», 1962, № 2, 131.

22.Коган В. С. н др. Кристаллическая структура водорода и дей­

терия. «Ж. эксперим. и теор. фнз.», 1956, 31, 3(9), 541.

23. Коган В. С., Булатов А. С. Температурная зависимость изотопического эффекта в решетке никеля. «Ж. эксперим. и теор. физ.», 1962, 42, 1499.

24.К о г а н В. С., X о т к е в и ч В. И. Температурная зависимость изотопического эффекта в величине параметра решетки лития. Там же,

стр. 278.

25.К о г а н В. С. Изотопические эффекты в структурных свойствах твердых тел. «Усп. физ. наук», 1962, в. 4, 78.

26.Пресняков А. А. Хладноломкость. Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1967.

27.Агеев Н. В. и др. О природе хрупкости хрома. В сб.: «Совре­

менные проблемы металлургии». М., Изд-во АН СССР, 1958.

28.Engel N. — «Acta Met.», 1967, 15, 3, 557—563.

29.Engel N. — «Rem. Maanedstle», 1944, 30, 53, 75; 30, 97, 105—113.

30.Kurski К. — «Rudy in met.», 1962, 7, 2, 42.

31.Tipper C. F. — «Metallurgica», 1949, 39, 133.

32.Уэрт H., T о м с о н P. Физика твердого тела. М., «Мир», 1967.

33.К а н Р. Физическое металловедение, в. 1. М., «Мир», 1967.

34.Ч а с н и к о в А. Я. и др. Влияние предварительной деформации на пластичность меди. В сб.: «Свойства цветных металлов и сплавов». М., ВИНИТИ, 1970.

35. Gre we H. J., К а р р е г Е. — «Phys. Status solid», 1964, З, 699—712.

36.Hä Ussier J., Lange W. Rekristallisation metallischer werkstaffe. Leipzig, 1966.

37.Пресняков А. А. и др. Влияние малой предварительной де­ формации на пластичность меди. В сб. : «Свойства меди и ее сплавов». Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1969, стр. 22.

38. Russel В., SaffreyD. — «J. Austral. Inst. Met.», 1965, 10, 4, 349—356.

17—28.

41.Черноусова К. Т. и др. Образование вторичной пористости

вбескислородной меди. В сб. : «Свойства меди н ее сплавов». Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1969, стр. 6—14.

42.Справочник «Материалы в машиностроении». Выбор и примене­ ние, т. 1. Под ред. И. В. Кудрявцева. М., «Машиностроение», 1967,

стр. 194.

43.Черноусова К. Т. н др. Об электросопротивлении бескисло­ родной меди. В сб.: «Свойства меди и ее сплавов». Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1969, стр. 18—22.

44.Л е к с и н а И. Е., Н о в и к о в a Ç. И. Исследование теплового расширения меди, серебра и золота в широком интервале температур. «Ж. техн. физ.», 1967, № 5.

45.Крафт махер А. Я. Образование вакансий в меди. «Физ. ме­ тал. и металловед.», 1967, 9, в. 6.

46.В e n g о и g h G. D. — «J. Inst. Met.», 1912, 7, 182—183.

47.Hu ds о n O. F. — «J. Inst. Met.», 1912, 7, 184—185.

48.Ganser R. — «Z. Metallkünde», 1926, 16, 247—255.

248

49. Б о б ы л е в А. В., Чипиженко А. И. Механические свойст­ ва меди при высоких температурах. «Цветные металлы», 1945, № 3.

1928 97

51.S t r і e b e c k Z. — «Z. V. D. Z.», 1908, 47, 559.

52.Kr up k owski A. — «Rev. de Met.», 1931, № 12, 641.

53.Huntington H. B. — «J. Inst. Met.», 1912, 8, 126.

54.L о r in g C. H., D a h 1 e F. B. and Roberts D. A. — «Metals

and Alloys», 1938, 9, № 3.

55. Губкин С. И. и др. Метод определения деформируемости. Труды Московского института цветных металлов и золота. М., Метал-

лургиздат, 18, 1947.

56. Бобылев А. В., Чипиженко А. И. Изучение влияния скорости деформации на пластичность цветных сплавов при высоких температурах. В сб.: «Обработка цветных металлов и сплавов». М., Ме­ таллургиздат, 1950.

57.Максимов С. К. Хрупкое разрушение красной меди. «Физ. метал, и металловед.», 1957, 4, в. 3.

58.Корнеев Н. И., Скугарев И. Г. Основы физико-химиче­

ской обработки металлов давлением. М., Машгиз, 1960.

59. Smitheles С. Metals reference boock. London, 1949.

60. By tomo Д. Г. Хрупкость меди. «Цветные металлы», 1964,

№5.

61.С е р г e е в Л. Н. По поводу статьи Бутомо Д. Г. «Хрупкость ме­

ди». «Цветные металлы», 1965, № 5.

62.Мороз Л. С. и др. Влияние водорода на механические свой­ ства никеля и меди. «Физ. метал, и металловед.», 1963, 16, в. 5.

63.В о л к о г о н Г. М. Горячеломкость слитков меди. «Цветные ме­

таллы», 1960, № 2.

64. П о р т н о й В. К. и ,др. Природа температурной зоны хрупко­ сти в жаропрочных сплавах медь — никель — бериллий. В сб.: «Превра­ щения в сплавах цветных металлов в твердом состоянии». Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1966, стр. 47—57.

65. Ф о н а р е в Г. С., Н о в и к о в И. И. Влияние среды испытания и скорости охлаждения после отжига на пластичность меди при повы­ шенных температурах. «Изв. вузов, Цветная металлургия», 1968, № 5.

66.Пресняков А. А. и др. Некоторые особенности изменения пластичности меди с температурой. В сб.: «Применение физико-механи­ ческих методов анализа к исследованию материалов». Алма-Ата, ОНТИ КазИМС, 1968, стр. 92—102.

67.Чернышева Ю. П. Влияние скорости деформирования на пластичность меди. В сб. : «Влияние предварительной деформации на

свойства металлов и сплавов». Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1971, стр. 14.

68.Ч а с н и к о в А. Я. Пластичность горячедеформпрованной ме­ ди. В сб.: «Новые данные о сверхпластичности металлов и сплавов». М., ВИНИТИ, 1971, стр. 136.

69.Ч а с н и к о в А. Я., Ч е р в я к о в а В. В. О сверхпластичности деформированных а-латуней и чистой меди. В сб. : «Влияние предвари­ тельной деформации на свойства металлов и сплавов». Алма-Ата, «Нау­ ка» КазССР, 1971, стр. 62.

70.Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. 2-е нзд. М., Оборонгиз, 1952.

71.Одинг И. А. Современные методы испытания металлов. М., Металлургиздат, 1944.

72.Ши то кин В. П. О твердости металлов и сплавов при различ­ ной температуре. «Цветные металлы», 1930, № 4.

249