Файл: Червякова, В. В. Сложные латуни и бронзы. Свойства, строение и вопросы технологии.pdf

и микротвердости. В некоторых случаях старение сопро­ вождается заметным снижением пластичности и может при­ вести к разрушению металла при термической обработке и деформации. Микроструктура меди в области старения поч­ ти не меняется.

Изменение свойств меди при более высоких температу­ рах обусловлено активизацией диффузионных процессов, в том числе прежде всего рекристаллизацией. В этих усло­ виях наблюдается понижение механических свойств: резкое разупрочнение и интенсивное развитие тепловой хрупкости. Эти явления сопровождаются перекристаллизацией, даже у недеформированной меди дробится зерно, образуются и растут новые кристаллы, в некоторых случаях наблюдается аномальное изменение параметра кристаллической решет­ ки. Здесь возможны частные случаи хрупкого разрушения меди из-за присутствия легкоплавких примесей.

В третьей высокотемпературной области (выше 650— 700°) медь характеризуется высоким сужением и низкой прочностью, почти не меняющимися с температурой. Под действием предварительной деформации при этих темпера­ турах возможен переход меди в сверхпластичное состояние. Аномалии свойств деформированной меди следует отметить особо. Видимо, наклеп от предварительной деформации не снимается полностью обычной рекристаллизацией при от­ жиге, и деформированная медь в области высоких темпера­ тур проявляет совершенно особые свойства, например сверх­ пластичность. Таким образом, влияние наклепа не ограни­ чивается преобразованием обычной структуры (величина, форма зерен и пр.), а определяется более глубоким измене­ нием состояния меди.

Немонотонная зависимость свойств меди от температуры обусловлена развитием при нагреве и деформации превра­ щений в твердом состоянии. В низкотемпературной области эти превращения относятся к стабилизирующим процессам, природа которых еще до конца не ясна. Они могут, в част­ ности, представлять процессы распада пересыщенного при­ месями, в том числе газовыми, твердого раствора.

При средних и высоких температурах свойства меди в значительной степени зависят от рекристаллизации и свя­ занного с этим превращением изменения числа и качества дефектов в структуре. Протекание превращений в высоко­ температурной области усиливает процессы диффузии. С этим явлением, вероятно, и связан переход меди в сверхпла­ стичное состояние после высоких степеней предваритель­ ного наклепа, когда деформация меди совершается в усло­ виях особенно интенсивно протекающей рекристаллизации.

29

ГЛАВА 2. ЛАТУНИ

Строение и свойства латуней

При сплавлении меди с цинком образуется ряд твердых растворов, области распространения которых описываются диаграммой состояния, приведенной на ри­ сунке 13. Практическое применение имеют сплавы, содер­ жащие до 50% цинка. Они представляют собой однофазные а- или двухфазные (а + Р)-латуни.

Богатая медью a-фаза, имеющая кубическую гранецен­ трированную решетку, сохраняется при температуре плав­ ления (903°) до 32,5 вес. % цинка. В процессе охлаждения до 453° концентрация цинка в твердом растворе увеличива­ ется до 39 вес.%, а затем, как считают исследователи [1,

Рис. 13. Диаграмма состояния системы медь — цинк [102].

31

102], вплоть до комнатной температуры практически не меняется. Однако С. Т. Конобеевский и В. П. Тарасова [ЮЗ] на основании рентгеноструктурного анализа утверждают, что в сплавах, прошедших длительную гомогенизацию (не­ сколько тысяч часов), предел растворимости при переходе к низким температурам уменьшается до 34,4% при 167° и до 33—32% вблизи 25°. Согласно некоторым данным [104], растворимость цинка в меди при комнатных температурах

которых наблюдается упорядочение твердого раствора. Дан­ ные по выявлению упорядочения в a-фазе подробно рассмот­ рены ь работе [109]. Процесс упорядочения a-фазы вызыва­ ет заметное изменение всех свойств латуней, являясь причи­ ной развития в них своеобразного процесса старения, наз­ ванного «гомогенным» старением латуней [НО].

Витоге многолетнего изучения медно-цинковых сплавов

иобобщения результатов работ других исследователей нами [109] предложен схематический вариант строения а-обла-

сти диаграммы состояния системы медь — цинк (рис. 14), на основе которого можно объяснить «аномальное» измене­ ние многих свойств латуней в зависимости от концентрации, температуры и состояния.

С увеличением содержания цинка сплавы от первичного твердого раствора переходят в двухфазную область. При 50 ат.% цинка в латунях образуется новая структурная со-

32

ставляющая — ß-фаза. При температуре выше 468° она име­ ет искаженную объемно-центрированную кубическую решет­ ку [111]. Ее устойчивость, как и других электронных фаз подобного типа, зависит от того, насколько отношение числа валентнйгх электронов к числу атомов близко к 3/г. Следовательно, ß-латунь, как и а, представляет собой твер­ дый раствор, но основой его является химическое соедине­

ние CuZn с периодом решетки 2,94 А. Выше 454—468° (в зависимости от состава) атомы меди и цинка в кристалли­ ческой решетке ß-фазы неупорядочены. При более низких температурах образуется упорядоченный твердый раствор с расположением атомов меди в углах решетки, а цинка — в

еецентре.

При высоких температурах область ß-фазы имеет до­

вольно большую протяженность. В процессе охлаждения ß-фаза распадается, выделяя а- или y-кристаллы, однако, как следует из принятой в настоящее время диаграммы состояния медь — цинк (рис. 13), линии, ограничивающие ß-латунь от двухфазных сплавов, не пересекаются вплоть до комнатной температуры. Иначе говоря, условия для раз­ вития эвтектоидного распада ß-фазы в системе медь — цинк не достигаются.

Необходимо заметить, что вопрос об эвтектоидном пре­ вращении ß-латуни возникал неоднократно при исследова­ нии этих сплавов. Серьезные доказательства эвтектоидного превращения приводил в свое время Карпентер, результаты экспериментов которого подробно анализируются Бауером и Хансеном [102]. Некоторые исследователи [112] считали превращение в ß-фазе полиморфным. Позднее появилось мнение, что переход ß->ß' совершается не при определенной температуре, а в интервале температур и не зависит от вре­ мени, являясь функцией только температуры [113]. Таким образом, это превращение является, подобно магнитному, процессом в гомогенной среде. В 1927 г. Иогансон [114] выдвинул гипотезу о том, что ß-, как и ß'-фаза, является упо­ рядоченной, но при более низких температурах происходит определенная ориентация «атомных осей инерции» несфе­ рических атомов цинка, которая нарушается при повыше­ нии температуры из-за тепловых колебаний атомов. При этом, по существу, происходит перегруппировка внешних электронов, вызывающая некоторое расширение кристалли­ ческой решетки.

Тамман и Хенслер [115] подтвердили, что превращение в ß-фазе заметно уже при 170°, причем оно не подавляется закалкой. Они впервые высказали мнение о том, что превра­ щение ß'->-ß является переходом упорядоченного твердого

раствора ß' на основе соединения CuZn вследствие его по­ стоянной диссоциации в твердый раствор с неупорядочен­ ным распределением цинка в решетке меди. Аномальное изменение электросопротивления, пластичности, параметра кристаллической решетки ß-фазы, найденное А. А. Пресня­ ковым и Г. В. Стариковой [116], заставило их вновь вер­ нуться к точке зрения Карпентера об эвтектоидном распа­ де ß-фазы. Они предположили, что существующая диаграм­ ма состояния в ß-области неравновесна, эвтектоидное пре­ вращение протекает в стабильном состоянии, которое в обычных условиях не достигается.

С аналогичной точки зрения выступали еще раньше Г. В. Курдюмов и сотрудники [117, 118]. Результаты, близ­ кие к данным их опытов, получены в работе [119].

При тщательном исследовании строения и различных свойств ß-латуней в зависимости от температуры, состава и состояния мы пришли к заключению, что в этой фазе в интервале от комнатной температуры до плавления совер­ шается несколько превращений. Кроме известного перехода ßz->ß при 468° ß'-фаза подвергается превращению при тем­ пературах 200, 310, 400, 450, 550, 650 и 850°. На превраще­ ние ß-латуни вблизи 200° указывал и Браун [120]. Мы под­ твердили существование этой критической точки при термо­ графических исследованиях: тепловой эффект был обнару­ жен при 197°. Превращения около 310, 400 и 450° были найдены при изучении реотропического возврата у ß-латуни [121]. Они проявляются в аномальных всплесках пластич­ ности и обнаруживаются рентгеноструктурным анализом по заметному изменению рентгеновских интерференций. При­

У сплавов, закаленных с 550°, обнаруживаются две фа­ зы с микротвердостью 150 и 190 кг/мм2 и разными параме­ трами кристаллической решетки, которые отличаются на 0,004 kX. Превращение при 650° выявляется по всплескам пластичности, а также фиксируется другими методами [124]. О природе этого превращения пока ничего не извест­ но. Около 850° происходит, видимо, окончательная диссо­ циация соединения CuZn перед плавлением, приводящая к переходу сплава в сверхпластичное состояние. О его диссо­ циации можно судить по виду линий солидуса и ликвиду­ са, на которых нет сингулярных точек. Развитие превраще­ ний в ß-латуни выше 468° опровергает существующее в на­ стоящее время мнение о том, что распад соединения CuZn происходит при 468°.

34