Влияние легирования хромом и цирконием на структуру и свойства субмикрокристаллических сплавов меди, полученных динамическим канально-угловым прессованием

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе исследованы эволюция структуры и свойства низколегированных дисперсионно-твердеющих сплавов на основе систем Cu–Zr, Cu–Cr и Cu–Cr–Zr при высокоскоростной деформации (~105 с−1) методом динамического канально-углового прессования (ДКУП) и последующих отжигах (старении) при 200–700°С. Изучена роль легирования микродобавками Cr (0.09–0.22 мас.%) и Zr (0.04–0.20 мас.%) в достижении высокой твердости меди с субмикрокристаллической структурой, полученной ДКУП. Исследовано влияние ДКУП и последующего старения на электропроводность сплавов. Определена последовательность процессов распада α-твердого раствора на основе меди с выделением наноразмерных частиц вторых фаз и рекристаллизации. Показано, что роль циркония обусловлена выделением наночастиц фазы Cu5Zr в процессе ДКУП и последующего отжига на дислокациях и субграницах, их закреплением и уменьшением подвижности, в результате чего замедляется процесс образования центров рекристаллизации, требующий перестройки дислокационной структуры.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. В. Хомская

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: khomskaya@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

В. И. Зельдович

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Email: khomskaya@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Д. Н. Абдуллина

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Email: khomskaya@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Е. В. Шорохов

Российский федеральный ядерный центр-ВНИИТФ имени академика Е.И. Забабахина

Email: khomskaya@imp.uran.ru
Россия, ул. Васильева, 13, а.я. 245, Снежинск, Челябинская область, 456770

Список литературы

  1. Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: справочник. М.: Машиностроение, 2004. 336 с.
  2. Николаев А.К., Розенберг В.М. Сплавы для электродов контактной сварки. М.: Металлургия, 1978. 96 с.
  3. Беляева А.И., Коленов И.В., Савченко А.А., Галуза А.А., Аксенов Д.А., Рааб Г.И., Фаизова С.Н., Войценя В.С., Коновалов В.Г., Рыжков И.В., Скорик О.А., Солодовченко С.И., Бардамид А.Ф. Влияние размера зерна на стойкость к ионному распылению зеркал из низколегированного медного сплава системы Cu–Cr–Zr // Вопр. атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. 2011. Вып. 4. С. 50–59.
  4. Исламгалиев Р.К., Нестеров К.М., Валиев Р.З. Структура, прочность и электропроводность медного сплава системы Cu-Cr, подвергнутого интенсивной пластической деформации // ФММ. 2015. Т. 116. № 2. С. 219–228.
  5. Vinogradov A., Patlan V., Suzuki Y., Kitagawa K., Kopylov V.I. Structure and properties of ultra-fine grain Cu–Cr–Zr alloy produced by equal channel angular pressing //Acta Mater. 2002. V.50. P. 1639–1651.
  6. Wongsa-Ngam J., Kawasaki M., Langdon T.G. The development of hardness homogeneity in a Cu–Zr alloy processed by equal-channel angular pressing // Mater. Sci. Eng. A. 2012. V. 556. P. 526–532.
  7. Dobatkin S.V., Shangina D.V., Bochvar N.R., Janechek M. Effect of deformation schedules and initial states on structure and properties of Cu-0.18 Zr alloys after high-pressure torsion and heating // Mater. Sci. Eng. A. 2014. V. 598. P. 288–292.
  8. Zhang S., Li R., Kang H. A high strength and high electrical conductivity Cu-Cr-Zr alloy fabricated by cryorolling and intermediate aging treatment //Mater. Sci. Eng. A. 2016. V. 680. P. 108–114.
  9. Zhilyaev A.P., Morozova A., Cabrera J.M., Kaibyshev R., Langdon T.G. Wear resistance and electroconductivity in a Cu-0.3Cr-0.5Zr alloy processed by ECAP // J. Mater. Sci. 2017. V. 52. P. 305–313.
  10. Shangina D., Maksimenkova Yu., Bochvar N., Serebryany V., Raab G., Vinogradov A., Skrotzki W., Dobatkin S. Influence of alloying with hafnium on the microstructure, texture and properties of Cu–Cr alloy after equal channel angular pressing // J. Mater. Sci. 2016. V. 51. P. 5493–5501.
  11. Purcek G., Yanar H., Shangina D.V., Demirtas M., Bochvar N.R., Dobatkin S.V. Influence of high pressure torsion-induced grain refinement and subsequent aging on tribological properties of Cu–Cr–Zr alloy // J. Alloys Compounds. 2018. V. 742. P. 325–333.
  12. Guo T.B., Qian D.C., Huang D.W., Wang J.J., Li K.Z., and Ling D.K. A High Strength and High Conductivity Cu-0.4Cr-0.3Zr Alloy Prepared by Cryo-ECAP and Heat Treatment //Phys. Met. Metal. 2022. V. 123. № 14. P. 1537–1547.
  13. Пат. № 2283717 РФ Способ динамической обработки материалов / Е.В. Шорохов, И.Н. Жгилев, Р.З. Валиев. БИ. 2006. № 26. С. 64.
  14. Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. М.: ИКЦ Академкнига, 2007. 398 с.
  15. Langdon T.G. Twenty-five years of ultrafine-grained materials: Achieving exceptional propertiesthough grain refintment //Acta Mater. 2013. V. 61. P. 7035–7059.
  16. Шоpохов Е.В., Жгилев И.Н., Хомская И.В., Бpодова И.Г., Зельдович В.И., Гундеpов Д.В., Фpолова Н.Ю., Гуpов А.А., Оглезнева Н.П., Шиpинкина И.Г., Хейфец А.Э., Астафьев В.В. Высокоскоростное деформирование металлических материалов методом канально-углового прессования для получения ультрамелкозернистой структуры // Деформация и разрушение материалов. 2009. № 2. С. 36–41.
  17. Зельдович В.И., Шорохов Е.В., Фролова Н.Ю., Жгилев И.Н, Хейфец А.Э., Хомская И.В., Гундырев В.М. Высокоскоростная деформация титана при динамическом канально-угловом прессовании // ФММ. 2008. Т. 105. № 4. С. 431–437.
  18. Бродова И.Г., Шорохов Е.В., Ширинкина И.Г., Жгилев И.Н., Яблонских Т.И., Астафьев В.В., Антонова О.В. Эволюция структурообразования в процессе динамического прессования сплава АМц // ФММ. 2008. Т. 105. № 6. С. 630–637.
  19. Попов В.В., Попова Е.Н., Столбовский А.В., Фалахутдинов Р.М., Мурзинова С.А., Шорохов Е.В., Гаан К.В. Влияние исходной обработки на структуру гафниевой бронзы при высокоскоростном прессовании //ФММ. 2020. Т. 121. № 5. С. 501–508.
  20. Хомская И.В., Зельдович В.И., Шорохов Е.В., Фролова Н.Ю., Жгилев И.Н., Хейфец А.Э. Особенности формирования структуры в меди при динамическом канально-угловом прессовании // ФММ. 2008. Т. 105. № 6. С. 621–629.
  21. Хомская И.В., Шорохов Е.В., Зельдович В.И., Хейфец А.Э., Фролова Н.Ю. Структура и свойства субмикрокристаллической и нанокристаллической меди, полученной методом канально-углового прессования // Металлы. 2012. № 6. С. 56–62.
  22. Зельдович В.И., Хомская И.В., Фролова Н.Ю., Хейфец А.Э., Шорохов Е.В., Носонов П.А. Структура хромоциркониевой бронзы, подвергнутой динамическому канально-угловому прессованию и старению // ФММ. 2013. Т. 114. № 5. С. 449–456.
  23. Khomskaya I.V., Zel’dovich V.I., Frolova N. Yu., Kheifets A.E., Shorokhov E.V., Abdullina D.N. Effect of highspeed dynamic channel angular pressing and aging on the microstructure and properties of Cu–Cr–Zr alloys // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. V. 447. P. 012007–012012.
  24. Хейфец А.Э., Хомская И.В., Коршунов Л.Г., Зельдович В.И., Фролова Н.Ю. Влияние высокоскоростной деформации и температуры старения на эволюцию структуры, микротвердость и износостойкость низколегированного сплава Cu–Cr–Zr // ФММ. 2018. Т. 119. № 4. С. 423–432.
  25. Khomskaya I.V., Zel’dovich V.I., Frolova N. Yu., Abdullina D.N., Kheifets A.E. Investigation of Cu5Zr particles precipitation in Cu–Zr and Cu–Cr–Zr alloys subject ed to quenching and high strain rate deformation // Letters Mater. 2019. V. 9. № 4. P. 400–404.
  26. Хомская И.В., Зельдович В.И., Хейфец А.Э., Фролова Н.Ю., Дякина В.П., Казанцев В.А. Эволюция структуры при нагреве субмикрокристаллической и нанокристаллической меди, полученной высокоскоростным деформированием // ФММ. 2011. Т. 111. № 4. С. 383–390.
  27. Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: МИСиС, 2005. 432 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микроструктура сплавов Cu–0.21%Cr–0.20%Zr (а), Сu–0.06%Zr(б) и Cu–0.22%Cr (в) после ДКУП; б, в – светлопольные изображения и а – темнопольное изображение в рефлексе 002Cu.

Скачать (37KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Структура сплавов Cu–0.21%Cr–0.20 %Zr (а), Сu–0.06%Zr (б, в) и Cu–0.14%Cr–0.04%Zr (г); после ДКУП и отжигов (старения) при: а, б – 400°С, 4 ч; в – 550°С, 1 ч и г – 600°С, 1 ч; а, в, г – светлопольные изображения и б – темнопольное изображение в рефлексах 002Cu и 311Cu5Zr.

Скачать (46KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микроструктура сплава Cu–0.21%Cr–0.20%Zr после ДКУП и отжига при 700°С, 1 ч (а) и микрорентгеноспектральный анализ глобулярной частицы Cu5Zr (б).

Скачать (36KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Структура сплава Сu–0.22%Cr после ДКУП и отжигов (старения) при: а – 400; б – 600°С, 1 ч; а – светлопольное и б – темнопольное изображения.

Скачать (20KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости микротвердости сплавов меди, подвергнутых ДКУП, от температуры отжига (старения), выдержка 1 ч: 1 – Cu–0.21%Cr–0.20 %Zr; 2 – Cu–0.06%Zr; 3 – Cu–0.22%Cr; 4 – Cu.

Скачать (18KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость микротвердости сплавов меди в исходном КК (после закалки от 1000°С) состоянии (1) и в СМК- (после ДКУП) состоянии (2) от температуры отжига (старения), выдержка 1 ч: а – Cu–0.22 %Cr; б – Cu–0.21%Cr–0.20%Zr; в – Cu–0.06%Zr.

Скачать (45KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Влияние температуры старения на электропроводность сплава Cu–0.21%Cr–0.20Zr после закалки от 1000°С (1) и ДКУП (2).

Скачать (13KB)
Метаданные