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

Некоторые из этих превращений, особенно в низкотемпе­ ратурной области, инициируются предварительной дефор­ мацией и не обнаруживаются или же слабо выявляются при обычных методах исследования. Следует заметить, что из-за близости факторов рассеяния рентгеновских лучей атомами меди и цинка трудно получить прямое доказатель­ ство упорядоченного состояния ß-фазы. В. Д. Мелиховым и

Рис. 15. Микроструктура отожженных латуней: а — а-латунь; б—ß-ла-

структурном анализе ß-латуни монохроматическое CuKß-из- лучение, было доказано образование сверхструктуры. На дифрактограммах четко выявились сверхструктурные отра-. жения, интенсивность которых возрастала с увеличением времени отжига деформированных образцов ß-латуни.

Микроструктура равновесных латуней. Микроструктура, латуней, характеризующаяся фазовым составом, величиной и формой зерен, оказывает заметное влияние на их свойст­ ва, и в ряде случаев ее особенности предусматриваются спе­

35-

циальными техническими условиями. Строение равновес­ ных а-латуней мало отличается от строения меди. При ми­ кроанализе также четко выявляются полиэдрические зер­ на с двойниками отжига (рис. 15). Их величина зависит от предыстории сплава и определяется степенью развития ре­ кристаллизации. Последняя протекает тем интенсивнее, чем выше степень предварительной обработки латуней и темпе­ ратура их отжига. Увеличение времени отжига способству­ ет более полному протеканию рекристаллизации и укруп­ нению зерен. С увеличением содержания цинка в сс-лату- нях температура рекристаллизации возрастает, и при про­ чих равных условиях зерно измельчается.

Отличительной особенностью ß-латуней является отсут­ ствие двойников (рис. 15,6). Отожженные образцы крупнокристаллитны, полиэдрические зерна разной величины на протравленных шлифах хорошо различаются невооружен­ ным глазом. В отожженных (после 50% степени деформа­ ции) a+ß-латунях a-фаза располагается на фоне основной ß-фазы в форме игольчатых выделений (рис. 15,в); после глубокого и продолжительного отжига она выявляется в виде более редких и округлых включений (рис. 15, г). Рекри­ сталлизация a-фазы начинается значительно раньше и в обычно отожженных сплавах ß-кристаллы после термиче­ ской обработки не претерпевают существенных изменений.

Свойства латуней. Сейчас уже совершенно ясно, что в кристаллических решетках а- и ß-латуней при определен­ ных условиях устанавливается порядок атомов, которому свойственны черты дальнего. С этими превращениями в большей или меньшей степени связано изменение всех свойств латуней в зависимости от концентрации и темпера­ туры. Нами приводятся наиболее важные сведения о влия­ нии упорядочения на свойства латуней, главным образом на механические, так как именно эти данные необходимо учи­ тывать, анализируя поведение сплавов в производственных условиях.

По мнению Муто и Такаги [126], пластические свойства сплавов не должны сильно изменяться в процессе упорядо­ чения, хотя результаты экспериментов [127—129] свиде­ тельствуют об обратном. Интересными в этом отношении являются данные об изменении пластичности и прочности с концентрацией a-латуней при разных температурах, полу­ ченные Ю. Ф. Ключниковым [127]. Исследуя большое чис­ ло сплавов с малой разницей в их составе, он выявил осо­ бенности изменения свойств вблизи стехиометрических со­ ставов CugZn и СизИп, а также при переходе в область тем­ пературного разупорядочения.

36

Опыты показывают, что прочность меди при добавлении цинка повышается, однако упрочнение, вызванное легиро­ ванием, нарастает с концентрацией неравномерно. Наиболее интенсивное повышение прочности обнаруживается вблизи 10, 20 и 30 вес. % цинка. Максимумы на изотермах при всех температурах вплоть до 700° возле указанных составов свя­ заны с образованием упорядоченных растворов на основе интерметаллических соединений CvuZn и CgZn, оконча­ тельная диссоциация которых происходит выше 700°. Ано­ мальное повышение прочности при 33% цинка объясняется появлением в структуре сплавов твердой и хрупкой ß-фазы.

Влияние упорядочения было обнаружено и при изучении температурной зависимости пластичности этих сплавов. Об­ щее уменьшение деформируемости с концентрацией в этом случае относительно невелико и его можно не учитывать в практике обработки металлов давлением, однако пониже­ ние показателей в определенных температурных интерва­ лах для некоторых концентрационных областей весьма зна­ чительно. Высокая пластичность меди (ір=0,8—0,9) в а-ла- тунях сохраняется вплоть до 200°, затем она резко снижа-

Рис. 16. Пластичность а-латуней, близких к составу Cu9Zn. а: 1 — Л94;

2 — Л92; 3 — Л91; 4 — Л90; 5 — Л89; б-. 1 — Л89; 2 — Л88; З— Л86; 4 — Л80.

В интервале температур 300—400°, т. е. в начальной стадии развития зоны хрупкости, пластичность уменьшает­ ся с легированностью, не считая сплава с 20% Zn. В обла­ сти 500—700° изменение относительного сужения и удли­ нения выражается кривыми с минимумом, который прихо-

37

дится на сплав с 20% цинка [127]. Из рисунка 16 следует, что в области от 6 до 11 вес. % Zn кривые пластичности практически совпадают во всем температурном интервале, т. е. развитие зоны хрупкости для этих сплавов слабо зави­ сит от концентрации, хотя максимальное понижение пока­ зателей наблюдается у сплава с 10% цинка (рис. 16, кри­ вая 4). При содержании цинка от 11 до 14% имеет место прямая и более резко выраженная зависимость пластичности а-латуней от легированности твердого раствора. Таким об­ разом, в ряду концентраций имеются сплавы с резко непо­ хожими свойствами.

Особыми в этом отношении являются составы CugZn и Cu3Zn. Исследование пластичности и прочности латуней, близких к этим соединениям, показало, что закономерности изменения их свойств неодинаковы. Общим является обра­ зование температурной зоны хрупкости в интервале 300—

близких по составу к Cu3Zn, с 200° (рис. 17). Максимальное понижение пластичности в первом случае обнаруживается при 600°, во втором — при 500°.

Рис. 17. Пластичность а-латуней, близких к составу Cu3Zn. а: 1 — Л77; 2 —Л76; З —Л75; 4 — Л74.5, 5 — Л70; б: 1 — Л80; 2 — Л75; З —Л70; 4 —Л65; 5—Л60.

Группа сплавов, близких к Cr^Zn, характеризуется по­ явлением второго, слабо выраженного провала пластично­ сти. Первые его признаки обнаруживаются начиная с 20% цинка, затем он развивается все сильнее и, наконец, при концентрации цинка 24 и 24,6% проявляется в наибольшей

38

степени. При еще большей легированности латуней (25,5 и

'30 % цинка) второй провал пластичности постепенно вырож­ дается и при добавлении 35% цинка исчезает полностью. Сплав с 20 % Zn, лежащий на границе раздела двух куполов упорядочения, при 300—800° обладает наиболее высокой пластичностью, особенно начиная с 700°.

Изменение состояния и скорости деформирования корен­ ным образом меняет эти результаты. Так, у литой латуни стехиометрического состава CiuZn имеются четко выражен­ ные провалы пластичности при 500, 700° и намечается про­ вал около 300°. Развитие последнего усиливается после от­ жига образцов в течение 5 ч при 700°. После термообработ­ ки претерпевают изменения и эффекты вблизи 500 и 700°; первый из них становится слабее, а второй вообще исчезает. Они появляются снова, если температуру отжига снизить до 650° (рис. 18).

Рис. 18. Пластичность (о) и прочность (б) латуни с 25% цинка в различ­ ных состояниях: 1 — литая; 2, 3— отжиг при 700, 650° (5 ч).

Заметно меняется от состояния образцов и прочность данной латуни (рис. 18,6): у литой отмечается наименьшая зависимость предела прочности от температуры, а у отожженной при 700° — наибольшая. Во всех случаях спла­ вы имеют аномальное упрочнение вблизи 300°, а отожжен­ ные при 650° дополнительно упрочняются еще около 700°, т. е. наблюдается определенная корреляция между провалами пластичности и аномалиями прочности.

Данные о влиянии процесса упорядочения на свойства латуней были получены также при определении электросо­ противления сплава, содержащего 25% цинка, в зависимо­ сти от состояния [130]. Максимальное увеличение электро­ сопротивления после деформации достигало 14%, а разни­ ца его значений в результате термообработки составляла

39

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