Изменение структуры спеченной алюминиевой бронзы после обработки методом интенсивной пластической деформации Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Изменение структуры спеченной алюминиевой бронзы после обработки методом интенсивной пластической деформации

Е.Н. Коростелева, А.В. Гурских, Н.М. Русин

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, 634021, Россия

Были исследованы структура и механические свойства спеченной алюминиевой бронзы после обработки методом интенсивной пластической деформации. Было применена осадка с переменой оси деформирования. Показано, что пористость и размеры зерен уменьшились после деформации, а твердость возрасла.

Structure changes of sintered aluminum bronze upon severe plastic deformation

E.N. Korosteleva, A.V. Gurskikh, and N.M. Rusin

The structure and mechanical properties of sintered aluminium bronze under severe plastic deformation are studied. Compression with changing of the deformation axis is used. It is shown that porosity and grain sizes reduce while microhardness increase in the course of deformation.

1. Введение

Для спеченных материалов характерно наличие остаточной пористости и неоднородное распределение легирующих компонентов [1], что обуславливает снижение их механических свойств. Данная работа направлена на изучение возможности применения методов интенсивной пластической деформации с переменой оси деформирования для изменения структуры и улучшения механических свойств спеченных порошковых материалов на примере системы Си-А1.

Целью данной работы является исследование возможности модифицирования структуры спеченных высоколегированных сплавов системы Си-А1 методами интенсивной пластической деформации для улучшения их механических свойств путем создания субмикро- и нанокристаллической структуры материала.

2. Материалы и методика эксперимента

В качестве объектов исследования использовались спеченные при 950 °С прессовки кубической формы из смесей порошков меди марки ПМС-1 и алюминия марки ПА-4 в соотношении, соответствующем двухфазному (а+у)-составу (24 ат. % А1) согласно диаграмме фазового равновесия системы Си-А1. Пористость исследуемых

спеченных образцов составляла 17-25 %, средний размер зерен а-фазы составил 30-60 мкм, у-фазы в виде пластин со средней толщиной — 2-3 мкм. Одноосное сжатие образцов для определения предельно допустимых значений деформации осуществляли на установке МС-500 при комнатной температуре и после предварительного подогрева пресс-формы вместе с образцами в печи СНОЛ до 250, 370, 500 и 600 °С. Микротвердость образцов в области твердого раствора составляла 117.5 и 217.3 МПа у интерметаллидной фазы.

Для измельчения структуры использовалось многократное деформирование с переменной осью сжатия (именуемое также АВС-ковкой [2]). Деформирование осуществлялось установке МС-500 при температуре 450 °С после предварительного подогрева пресс-форм вместе с образцами в печи. Температура деформирования подбиралась с учетом мартенситных превращений в системе Си-А1 [3].

После деформирования проводили металлографические исследования структуры образцов, оценивали степень измельчения фазовых составляющих.

Общая деформация образцов рассчитывалась по формуле:

е = 1п + 1п-^- + \п-^~,

а ьм с+1

© Коростелева Е.Н., Гурских А.В., Русин Н.М., 2004

Рис. 1. Структура спеченной алюминиевой бронзы Си - 24 ат. % А1: исходная (а); после 3-х циклов ковки (б); после 7-ми циклов ковки (в)

где а{, Ь, сг- — исходные размеры образца, а а{+1, Ь{+1, С+і — размеры после одного цикла деформации.

Дополнительно измеряли микротвердость деформированных образцов с помощью прибора ПМТ-3.

3. Результаты и их обсуждение

На рис. 1 представлены структура алюминиевой бронзы Си - 24 ат. % А1 в исходном состоянии и после трех и семи циклов осадки.

После 3-х циклов многократной деформации с переменой оси сжатия на поверхности образца появились трещины. Вполне вероятно, что произошло разрушение образца. Однако после проведения анализа выяснилось, что трещины носят поверхностный характер и существенного влияния на прочность образца не оказывают. Структура при данной обработки претерпела изменения, в первую очередь, за счет поровой составляющей (рис. 1, б). Существенного измельчения зерен а-фазы не произошло (см. таблица 1), пластинчатость у-фазы

Таблица 1

Размеры структурных составляющих и свойства деформированных образцов

Образец Исходный После 3-х циклов После 7-ми циклов

Размер зерен, мкм

а-фаза 30-б0 30-55 б-10

у-фаза 2-3 2-3 < 1

Mикpотвеpдоcть, MПа 183 200 277

Пористость, %

начальная 17 23

конечная 20-25 13.5 1б.8

также сохранилась (рис. 2, б), твердость возросла незначительно (см. таблица 1).

Так как анализ структуры и свойств предыдущего образца показал, что разрушения не произошло, было принято решение проводить дальнейшую деформацию с постепенным увеличением нагрузки.

После семи циклов многократной деформации с переменой оси сжатия произошло существенное изменение структуры (рис. 2, в). Размер зерен a-фазы изменился существенно, по сравнению с исходным. Пластинчатая структура у-фазы разрушилась, что положительно сказалось на пластичности деформируемых образцов. Произошло сплющивание пор, однако сваривания их краев не произошло.

4. Заключение

Данная работа показала, что таким простым в технологическом отношении способом интенсивной пластической деформации как многократная осадка с переменой оси деформирования можно не только существенно изменить исходную структуру, но и повысить некоторые свойства деформируемого образца.

В дальнейшем планируется провести многократную осадку с переменой оси деформирования в стесненных условиях, т.е. когда течение материала будет ограничено по одной из осей.

Литература

1. Федорченко ИМ., Андриевский Р.А. Основы порошковой металлургии. - Киев: Изд-во АН УССР, 1963. - 420 с.

2. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. - М.: Наука, 2000. - 272 с.

3. Сучков А.М. Медь и ее сплавы. - М.: Металлургия, 1967. - 248 с.