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

4%. Переломы на кривых температурной зависимости элек­ тросопротивления (при 225—300 и 475—550°), слабо меняю­ щиеся при изменении исходного состояния сплавов, явно связаны с образованием упорядоченных структур аг и си

[109].

О существенной разнице электрических свойств дефор­ мированных сплавов, соответствующих соединениям CugZn, Cu3Zn, и промежуточного состава сообщают авторы работы [131]. У последнего сплава сопротивление при отжиге не­ прерывно понижается и выявляется лишь одна ступенька на кривой в области температур 100—200°. С увеличением продолжительности отжига полное снятие наклепа проис­ ходит при все более низких температурах. У латуней с 10 до 30 % цинка электросопротивление изменяется более сложно и в принципе одинаково : при малых выдержках об­ наруживается дополнительный максимум вблизи 400°, ко­ торый с увеличением времени отжига смещается к 300° и затем исчезает. При отжиге свыше 30 мин электросопро­ тивление возрастает при 800°. Изменение электросопротивле­ ния в результате деформации прямо связано с концентра­ цией. Так, у сплава с 10% Zn оно составляет 3%, при 20% Zn—7% и у сплава, содержащего 30% Zn, —14%, т. е. от концентрации второго компонента зависит величина на­ клепа и его снятие при отжиге. Аналогия в изменении элек­ тросопротивления сплавов, близких к стехиометрическим составам CugZn и Cu3Zn, является следствием влияния на их свойства процесса упорядочения, развивающегося при отжиге деформированных (разупорядоченных) сплавов.

Изучение внутреннего трения [132] латуней с 5—35% Zn также показало существование аномалий вблизи стехио­ метрических составов CugZn и Cu3Zn, более резкое изменение хода концентрационной зависимости внутреннего трения в определенных температурных областях, а также заметную обусловленность этих эффектов состоянием образцов. Ано­ мальное рассеяние энергии при колебаниях было найдено до самых высоких температур, что свидетельствует в пользу дальнего упорядочения в а-латунях.

Влияние деформации и термической обработки на свойства латуней

Исследователями давно замечено, что под действием деформации и отжига свойства чистых металлов и сплавов изменяются по-разному. Так, авторы [133] ука­ зывают, что для деформированных а-латуней характерно появление грубых полос скольжения и твердение перед

40

разупрочнением. По данным работы [134], у чистых метал­ лов такие эффекты наблюдаются только в том случае, если они подвергаются предварительной закалке или облучению.

К настоящему времени накоплен большой эксперимен­ тальный материал о влиянии различных факторов на свой­ ства латуней разного состава. В частности, следует отметить работу [133], специальный раздел которой посвящен выяс­ нению особенностей изменения свойств а-латуни (70% ме­ ди), вызванных деформацией. Исходя из установленного ра­ нее образования в а-латунях упорядоченного состояния ав­ торы пытались оценить влияние точечных дефектов и ди­ слокаций, возникающих при деформации, на установление порядка атомов в этих сплавах при отжиге. Они пришли к выводу, что порядок, разрушенный деформацией, полно­ стью восстанавливается во время отжига перед рекристал­ лизацией, и дислокации в этом процессе не участвуют. Ки­ нетика упорядочения зависит от концентрации одиночных вакансий, возникающих при деформации. Кроме того, ими было показано, что влияние малых и больших деформаций на свойства латуней совершенно различное. В то время как большие деформации разрушают упорядоченную структу­ ру твердого раствора, малые (5—10%) способствуют ее вос­ становлению. Это заключение подтверждается исследова­ ниями Ломера и Розенберга, которые, как сообщают Кларебро и сотрудники [133], обнаружили уменьшение электросо­ противления монокристаллов а-латуней под влиянием ма­ лых деформаций. С этими результатами согласуются дан­ ные работы [135] об уменьшении электросопротивления, наблюдаемого после низких деформаций образцов сплава в связи с повышением степени порядка.

Кларебро и сотрудники [133] показали также, что за­ калка и деформация понижают температуру разупорядочения. В результате больших деформаций достигается более высокая степень разупорядочения, чем при закалке. До это­ го существовали различные мнения относительно причины изменения свойств закаленных а-латуней при отпуске. Од­ ни исследователи [136, 137] считали, что все эффекты свойств связаны с закалочными вакансиями, а другие [138, 139], отвергая полностью роль закалочных вакансий, объ­ ясняли эти изменения упорядочением. Из анализа результа­ тов комплексного исследования свойств а-латуней [133] становится совершенно ясно, что оба эти фактора в опре­ деленной мере ответственны за поведение закаленных а-ла­ туней: изменение свойств определяется восстановлением порядка, а кинетика этого процесса регулируется закалоч­ ными вакансиями.

41

В связи с этими данными интересны результаты изуче­ ния электросопротивления а-латуней, полученные Ю. Ф. Ключниковым [140], который нашел, что изменение состояния сплава, вызванное деформацией и термической обработкой, сильно влияет на кинетику превращений при последующем нагреве и охлаждении. Температурные кри­ вые электросопротивления вблизи критических точек, отве­ чающих превращениям, обычно имеют переломы, связан­ ные с изменением температурного коэффициента электро­ сопротивления. Показано, что в зависимости от предвари­ тельной термообработки могут наблюдаться один или два перелома при разных температурах. Эти данные указыва­ ют на зависимость температуры превращений в а-латунях от предварительной термообработки. Наиболее низкие тем­ пературы перехода получаются при закалке с 800 и 600°, а также после отжига при 600° [130]. Очевидно, понижение температуры превращения связано в этих случаях с повы­ шением степени метастабильности сплавов перед определе­ нием электросопротивления.

Критические точки, соответствующие переходу низко­ температурной упорядоченной аг-фазы в высокотемпера­ турную аі, во всех случаях выявляются вполне отчетливо, в то время как точка перехода сплава в разупорядоченное состояние (аі->а) обнаруживается очень слабо в сплавах, закаленных с температур 380, 400 и 570° (из области аі), а также при медленном охлаждении после отжига при 800°. Вероятно, это связано с тем, что высокая метастабильность сплава, закаленного с температур 600 и 800°, т. е. из об­ ласти неупорядоченной a-фазы, способствует более полному переходу твердого раствора в упорядоченное состояние (аг) и соответственно СС2—»-си и затем вас заметным эффектом изменения свойств, сопровождающим эти превращения. И наоборот, закалка из области аі приводит к получению сме­ си фаз а! и а.2. Превращения в таком сплаве протекают не­ однородно, более вяло, следовательно, соответствующие этим переходам эффекты свойств оказываются малозамет­ ными.

На рисунке 19 [130] приводятся данные об изменении электросопротивления деформированной а-латуни в процес­ се отжига. В этом случае на кривой, полученной при нагре­ ве образцов, отмечаются ступенчатый перелом в области 300—325°, связанный с переходом аг->аі, и обычный пере­ лом при 600° (аі->а). При охлаждении сплавов ступенчатый перелом смещается в область температур 275—200°, а при 400° появляется еще один перелом. Таким образом, стано­ вится очевидным, что после пластической деформации точ­

42

ки перехода сдвигаются в сторону высоких, а после отжи­ га в сторону низких температур, т. е. наблюдается гисте­ резис превращения, вызванный изменением состояния латуней при деформации и термической обработке.

Ю. Ф. Ключниковым и А. А. Пресняковым [141] полу­ чены также данные о влиянии разных видов термической обработки на изменение параметров кристаллической ре­ шетки и строение рентгеновских интерференций у сплава Л75 в процессе отпуска. Эти результаты показывают, что при отпуске закаленных а-латуней, близких к стехиометри-

Рис. 19. Изменение электросопротивления латуни Л75 при нагреве и охлаждении [130].

ческому составу CugZn, обнаруживаются аномальные изме­ нения структуры рентгеновских интерференций и парамет­ ра кристаллической решетки. Эти эффекты, связанные с упорядочением твердого раствора, сильно зависят от темпе­ ратуры предварительной закалки сплава, т. е. от степени «го разупорядоченности и, вероятно, в какой-то степени от концентрации закалочных вакансий. Наибольшие анома­ лии в изменении структуры выявляются после закалки с 750°. Другим фактором, влияющим на развитие аномаль­ ных эффектов в связи с изменением структурного состояния а-латуней, является время выдержки образцов перед закал­ кой, от которого также зависят и степень разупорядочен­ ности твердого раствора и количество вакансий. Таким об-

43

разом, аномалии свойств а-латуней, обусловленные образо­ ванием упорядоченного твердого раствора, в значительной степени зависят от предварительной термической обработ­ ки и вариаций ее режимов.

Проведены эксперименты по изучению латуни Л75, за­ каленной с 750°, в процессе последовательного отпуска об­ разцов в интервале температур 100—600° [142]. Измене­ ние параметра кристаллической решетки отражает образо­ вание вблизи состава CueZn двух температурных модифика­ ций упорядоченной а-фазы — щ и аг на основе однотипных решеток с малой разницей в величине параметра. Макси­ мальное уменьшение параметра обнаруживается при отпус­ ке вблизи 400°.

Систематические данные о пластичности предваритель­ но деформированных латуней получены совсем недавно [143, 144]. Хотя в работе [133] и установлен ряд важных за­ кономерностей о влиянии разных степеней наклепа на мно­ гие свойства латуней, однако вопрос о пластичности в свя­ зи с этим фактором в ней не рассматривался. Рейнватор и Кериал [145] сообщали, что образцы латуни Л75, вырезан­ ные из листов, прокатанных со степенью 25%, имеют повы­ шенную склонность к хрупкости. При больших степенях де­ формации этот эффект становился слабее. Наблюдаемое яв­ ление авторы объясняли образованием при данной степени деформации дефектной структуры.

Следует ожидать, что предварительная деформация и отжиг должны оказывать сильное влияние на пластичность латуней в связи с разрушением и восстановлением упорядо­ ченного состояния a-твердого раствора при этих операциях. Действительно, анализ экспериментального материала по влиянию наклепа на деформируемость латуней Л90 и Л75 [143] показывает резкую зависимость степени развития провалов пластичности у этих сплавов от предварительной деформации. Образцы латуни Л75, прокатанной с неболь­ шими обжатиями, при растяжении со скоростью 4 мм/мин становятся сверхпластичными в области температур 700— 800°, что объясняется переходом сплава в разупорядоченное состояние. Поскольку эти данные получены при наибо­ лее полном и систематическом исследовании роли предва­ рительной деформации в изменении пластических свойств латуней, остановимся на них более подробно.

Сплавы Л90 и Л75 в литом состоянии прокатывались вхолодную на 6, 10, 25 и 60%, а Л80 — на 5, 11, 18 и 45% [144] . Механические свойства образцов определялись при растяжении со скоростью 4 мм/мин в интервале 20—900° через 50°. На рисунках 20—23 представлена темпера­

44

турная зависимость сужения холоднодеформированных ла­ туней по данным работ [143, 144]. Отожженная латунь Л90 характеризуется высокой пластичностью при 20° и рез­ ким понижением ее вблизи 400° с образованием широкой зоны хрупкости, в которой даже при 800° относительное су-

Деформация на 6% незначительно понижает пластич­ ность при 20—300° и резко увеличивает ее в области 500— 750°, у нижней границы зоны хрупкости при этом возни­ кают два глубоких и узких провала с минимумами на кри­ вой сужения около 350 и 450°. Таким образом, зона хруп­ кости у слабодеформированной латуни выражена двумя ло­ кализованными провалами пластичности, смещенными в область низких температур. Прокатка на 25% приводит к еще большему уменьшению пластичности в низкотемпера­ турной области и усиливает развитие провалов. Вместе с тем наблюдается резкое увеличение относительного суже­ ния вблизи 800°. При дальнейшем повышении степени пред­ варительного наклепа сужение латуни Л90 при 20° умень­ шается в два раза по сравнению со слабодеформированным сплавом. Резкое понижение пластичности при 200—300° усиливает развитие низкотемпературного провала, в об­ ласти 500—800° пластичность, наоборот, возрастает.

45

Таким образом, до 450° предварительная деформация понижает пластичность сплава Л90 и увеличивает ее при бо­ лее высоких температурах. При больших деформациях тен­ денция к образованию локализованных провалов ослабева­ ет и вновь образуется одна широкая зона хрупкости с мак­ симальным снижением пластичности при 300° (у отожжен­ ной латуни этот эффект наблюдается при 600°).

Сравнение этих данных с изменением пластичности ме­ ди (рис. 21) при одинаковом состоянии материалов показы­ вает следующее. При добавлении 10% цинка пластичность отожженной меди понижается, особенно выше 600°, что

Рис. 21. Пластичность меди, деформированной после отжига: 7—0; 2 — 6,0; 3 — 25; 4 — 60%.

приводит к значительному расширению зоны хрупкости в сторону высоких температур. Легирующее влияние цинка, проявляющееся в снижении пластичности при низких тем­ пературах, сохраняется и после деформации, высокие сте­ пени которой усиливают этот эффект. При наклепе 6% зо­ на хрупкости у меди существенно не меняется, а уже после 25% наблюдается тенденция к разделению ее на два само­ стоятельных провала с минимумами при 350 и 500° (рис. 21). Под влиянием цинка локализация аномалий в результате деформации резко усиливается и обнаруживается начиная уже с малых деформаций (6 % ) (рис. 20). После высокой сте­ пени деформации (60%) у меди наиболее ярко выражен вы­ сокотемпературный провал (около 500°), а у латуни, наобо­ рот,— низкотемпературный (вблизи 300°). Второй провал в

46

том и другом случаях развит очень слабо. Следовательно, понижение пластичности меди в результате легирования цинком при комнатных и средних температурах наиболее заметно проявляется после высоких степеней предваритель­ ного наклепа. Совмещение деформации и легирования сдви­ гает зону хрупкости в сторону низких температур.

Наиболее подробные сведения о влиянии деформации получены для латуней Л80 (рис. 22) и Л75 (рис. 23). Суже-

Рис. 22. Сужение холоднокатаной латуни Л80, деформиро­ ванной с разной степенью обжатия, %: 1 —5; 2 — 10; 3— 18; 4— 45 [143]; 5 — отожженная [127].

ние сплава Л80, как и Л90, с увеличением обжатия до 45% снижается при комнатных температурах в два раза. Раз­ витие зоны хрупкости усиливается при увеличении степени предварительного наклепа. По сравнению с отожженной ла­ тунью у деформированного сплава обнаруживаются два, а в некоторых случаях и три провала пластичности, причем наиболее сильно развит из них низкотемпературный — вбли­ зи 300°.

Эти закономерности изменения пластичности под влия­ нием деформации сохраняются и для латуни Л75: высокие деформации резко понижают пластичность в низкотемпе­ ратурной области и сдвигают в этом направлении всю зону

47

хрупкости. Деформация приводит к появлению обособлен­ ных провалов пластичности, как правило, при 300 и 500°, которые меняются в зависимости от величины предваритель­ ного наклепа. Так, при 5% обжатия оба провала практиче­ ски одинаковы (рис. 23), однако при увеличении предвари­ тельного обжатия большее развитие получает низкотемпе­ ратурный, в области высоких температур пластичность увеличивается, и аномалия вблизи 500° становится мало­ заметной.

Рис. 23. Относительное сужение латуни Л75, прокатанной

Особенно сильное влияние предварительной деформа­ ции на пластичность прослеживается по удлинению образ­ цов (рис. 24), которое, как и сужение, изменяется с темпера­ турой немонотонно. При 20° у латуни Л80 оно уменыпаетется до 10% под влиянием деформации со степенью наклепа 45%. После обжатия на 18 и 45% ясно выявляют­ ся всплески удлинения в зоне хрупкости при 250, 500 и 400, 450°. С температурой удлинение деформированного сплава возрастает, причем наиболее резкое увеличение об­ наруживается при 700° и особенно при 900°. В последнем случае оно достигает необычной для латуней величи­

48

ны—165%, и растяжение образцов протекает при исклю­ чительно низком сопротивлении деформации с образовани­ ем одной или нескольких слабовыраженных шеек.

Интересно, что это явление, характерное для сверхплас­ тичного течения материалов, обнаруживается в высокотем­ пературной области у латуни, деформированной с разными обжатиями, однако максимальные показатели удлинения отмечены не при максимальной, а при малой, вернее, близ­ кой к критической степени наклепа (11%). Признаки сверх­ пластичности были найдены и у латуни Л75 при растяже­ нии ее после наклепа со степенями 9,25 и 50%, причем, мак­ симальное удлинение имела латунь после обжатия 9 %

[143].

Предварительная деформация латуней с высокими об­ жатиями более чем в два раза увеличивает их прочность. Разупрочнение наклепанных образцов при нагреве протека­ ет по-разному в зависимости от величины предварительно­ го наклепа. Чем меньше наклеп, тем при более высоких температурах начинается разупрочнение и тем слабее оно выражено. Большие предварительные обжатия вызывают интенсивное уменьшение прочности в интервале 200—500°, хотя и в этом случае она изменяется с температурой немо­ нотонно, а отдельными ступенями, осложняясь локализо­ ванными эффектами упрочнения при температурах, соот­ ветствующих' развитию провалов пластичности.

Эти данные говорят о том, что закономерности измене­ ния прочности у деформированных латуней такие же, как и у меди. Упрочнение чистого металла и сплава на его осно­ ве под влиянием деформации проявляется наиболее сильно в одних и тех же температурных областях, а их разупроч­ нение при нагреве протекает приблизительно с одинаковой интенсивностью. В то же время пластичность и закономер­ ности ее изменения с температурой и деформацией сущест­ венно зависят от легированности.

Эксперименты показывают, что механические свойства латуней сильно зависят еще и от температуры предвари­ тельной деформации. Ранее рассмотрены данные о влия­ нии холодного наклепа на сужение и удлинение этих спла­ вов. Пластичность деформированной при 850° латуни Л80 описывается кривой, которая занимает как бы промежу­ точное положение между кривыми, относящимися к отож­ женному и холоднодеформированному металлу (рис. 25, а).

Влияние предварительной обработки особенно сильно проявляется при температурах до 500°. Наименьшую плас­ тичность в этой области имеют холоднокатаные образцы, более высокую — горячедеформированные и самую высо-