CC BY
53
УДК 539.3
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И ВРЕМЕНИ СТАРЕНИЯ НА МИКРОСТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МЕДНО-БЕРИЛЛИЕВЫХ СПЛАВОВ
© Ю.В. Осинская, С.С. Петров, А.В. Покоев
Самарский государственный университет, г. Самара, Россия, e-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Ключевые слова: старение; магнитопластический эффект; медно-бериллиевые сплавы; магнитное поле.
Выполнено экспериментальное исследование влияния концентрации бериллия и магнитного поля на микроструктуру и свойства стареющих Cu-Be сплавов. Установлено, что концентрация бериллия в сплавах существенно влияет на их свойства.
В настоящее время широко известен магнитопластический эффект (МПЭ), проявляющийся в увеличении пластических свойств материала при наложении магнитного поля относительно малой напряженности [1, 2]. Авторами [3, 4] МПЭ обнаружен при старении бериллиевой бронзы БрБ-2 в магнитных полях, проявлением которого является широкий диапазон в изменениях механических, физических и технологических свойств сплава. Подобный отклик типичного диамагнетика на приложенное внешнее магнитное поле пока является непонятным, но интересным научным фактом. С целью решения задач, направленных на выяснение природы МПЭ в бериллиевой бронзе БрБ-2, были специально подготовлены и экспериментально изучены сплавы Cu-Be с различной концентрацией бериллия.
В качестве объекта исследования были выбраны Cu-Be сплавы с содержанием бериллия 0,5 и 3,0 вес. % (далее «сплав 1» и «сплав 2»), содержание магнитных примесей составляет не более 0,05 вес. %. Режимы закалки и старения сплава выбирали на основе ранее проведенных исследований процесса старения сплава бериллиевой бронзы БрБ-2 в постоянном магнитном поле (ПМП) [3]. Исследование образцов проводили методом металлографии, микротвердости и рентгеновскими методами.
Металлографические измерения проводили на оптическом микроскопе МИМ-8М при общем увеличении 300 крат. Для сплава 1 оценка размера зерен образцов показала, что он колеблется в пределах от 50^88 мкм. ПМП не оказало существенного влияния на микроструктуру. Для сплава 2 средний размер зерен образцов колеблется в пределах от 20^35 мкм, что привело к значительному увеличению микротвердости сплава 2. ПМП по-прежнему не оказывает существенного воздействия на размер зерен, но необходимо отметить, что при наложении ПМП форма зерен становится более вытянутой, что можно связать с направленностью действия ПМП.
Микротвердость измеряли с помощью микротвердомера HAUSER. Для сплава 1 и 2 относительная ошибка среднего значения микротвердости составила от 1 до 6 %. Результаты измерений влияния ПМП на
микротвердость сплавов 1 и 2 представлены на рис. 1. Среднее значение микротвердости закаленных образцов составляет 84 и 249 кГ/мм2 для сплавов 1 и 2 соответственно. В процессе старения сплава 1 микротвердость резко увеличивается и достигает при 0,17 ч значения 115 кГ/мм2 (рис. 1, а). Дальнейшее увеличение длительности старения приводит к перестариванию сплава и, как следствие, к уменьшению микротвердости. В процессе старения сплава 2 микротвердость резко увеличивается и достигает при 0,5 ч 398 кГ/мм2 (рис. 1, б). Дальнейшее увеличение длительности старения приводит к стабилизации структуры сплава за счет процессов фазового старения и совершенствования тонкой структуры сплава. Кроме этого, анализ полученных результатов показывает, что в рассмотренных сплавах наблюдается незначительный положительный МПЭ, приводящий преимущественно к увеличению пластических свойств Cu-Be сплавов.
Как видно из графиков (рис. 1, а и б), исходная концентрация бериллия в сплаве существенным образом влияет на уровень значений микротвердости. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе оптимальных концентраций элементов в сплаве, что может иметь практическое значение.
Рентгенофазовый анализ был проведен по методике, описанной в работе [3]. Относительная ошибка отдельного измерения параметра решетки составляет 0,03 %. На рис. 2 представлены зависимости параметра решетки твердого раствора сплава 1 и сплава 2 в зависимости от времени старения при наложении ПМП и в его отсутствии.
Из-за малого содержания бериллия в сплаве 1 значение параметра решетки в процессе старения практически не изменяется. С увеличением содержания бериллия в сплаве до 3,0 вес. % ситуация изменяется. В процессе старения бериллий уходит из матрицы в зоны обогащения и параметр решетки оставшегося материнского раствора увеличивается до 3,609 Á. Наложение ПМП практически не влияет на его величину. Полученные рентгеновские результаты коррелируют с результатами микротвердости.
а)
480 420 360 300
і—і
*240 ffl80 120 60 0
Н=0 кЭ Н=7 кЭ
0 0,5 1 1,5 t,4 2
б)
Рис. 1. Зависимость микротвердости Cu-Be сплавов Cu - 0,5 вес. % Be (а) и Cu - 3,0 вес.% Be (б) от времени старения при 300 °С
3,620
3,610
3,600
<
«Г 3,590 3,580 3,570
0,5
------- Н=0 кЭ
—Н=7 кЭ ----Cu
1,5 t 2
t, ч
3,620
3,610
3,600
3,590
3,580
3,570
Н=0 кЭ Н=7 кЭ
---------Cu
0,5
1 1,5 t, ч 2
Рис. 2. Зависимость параметра решетки Cu-Be сплавов Cu - 0,5 вес. % Be (а) и Cu - 3,0 вес.% Be (б) от времени старения при 300 °C
Анализ полученных результатов показывает, что кинетика МПЭ в образцах существенным образом зависит от концентрации бериллия в сплавах, что дает дополнительную информацию о взаимодействии структурных дефектов в стареющих медно-бериллиевых сплавах. Полученные экспериментальные данные создают основу для разработки механизмов влияния магнитных полей на процессы агрегирования примесных кластеров и установления роли электронно-спиновых процессов и взаимодействий в указанных сплавах после старения в ПМП.
ЛИТЕРАТУРА
1. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Колдаева М.В., Петржик Е.А. // Кристаллография. 2003. Т. 48. № 5. С. 838.
2. Головин Ю.И. // ФТТ. 2004. Т. 46. С. 769.
3. Осинская Ю.В., Покоев А.В. // Физика и химия обработки материалов. 2003. № 3. С. 18.
4. Осинская Ю.В., Покоев А.В. // Физика металлов и металловедение. 2008. Т. 105. № 4. С. 1.
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Osinskay Ju.V., Petrov S.S., Pokoev A.V. Influence of structure and ageing time on microstructure and properties of cooper-beryllium alloys. The experimental research of beryllium concentration and magnetic field influence on microstructure and properties of aged Cu-Be alloys is executed. It is established, that beryllium concentration in alloys essentially influences on their properties.
Key words: ageing; magneto-plastic effect; cooper-beryllium alloys; constant magnetic field.
0
