WEB-ресурс научно-практических конференций

СТРУКТУРНІ ЗМІНИ В БЕРИЛІЄВІЙ БРОНЗІ ПІСЛЯ ТЕРМОЦИКЛЮВАННЯ

А. І. Білюк , П. М. Зузяк , М. А. Бурячок, О. В.Попадюк, Н. В. Фризюк

Вінницький державний педагогічний університет

Відомо, що термоциклічна обробка (ТЦО) металів і сплавів викликає структурні і фазові перетворення, які залежать від природи матеріалу, градієнта температури, швидкості її зміни, кількості термоциклів, наявності або відсутності зовнішнього навантаження. При цьому спостерігається зміна форми і розмірів зразків, подрібнення зерна, структурних складових тощо. А це викликає зміни багатьох фізико-механічних властивостей матеріалу [ 1 - 3 ] .

Досліджувався сплав берилієва бронза БрБ2. ТЦО проводилось в межах 780 U 20 ° С і 315 U 20 ° С, а швидкість нагріву і охолодження витримувалась на рівні 78 К ? с ^-1 і 2 К ? с ^-1 відповідно. Основним методом дослідження структури сплавів використовували внутрішнє тертя (ВТ). Похибка вимірювань не перевищувала 10%. В якості контрольних методів при дослідженні результатів ТЦО вибрали рентгеноструктурний аналіз і мікротвердість.

Дослідження показали, що на кривих ТЗВТ проявляються непружні ефекти в районі температур 1-(313 ? 333)К, 2-(353 ? 373)К, 3-(433 ? 453)К, 4-(493 ? 513)К, 5-(563 ? 573)К. Згідно закономiрностей поведiнки виявлених ефектiв ВТ і в залежностi вiд кількості ТЦО їх можна роздiлити на двi групи: до першої слiд вiднести ефекти 1 і 2, на величину яких вплив ТЦО незначний, а до другої – вiднести наступнi три ефекти затухання механiчної енергiї (рис.1,а). Енергiя активацiї фiзичних процесiв , що обумовили прояви цих ефектiв , розраховувалась за методикою Верта-Маркса , середнi значення якої наведенi в таблицi 1.

Таблиця 1 Енергія активації непружних ефектів БрБ2

Загальні закономірності поведінки даних ефектів показані на рис.1,б. Вони зменшуються на протязi перших 20-25 ТЦО. Надалi їх величина стабiлiзується . Наявнiсть i закономiрностi поведiнки виявлених ефектiв свiдчать , що механiзми i кiнетика розпаду пересичених твердих розчинiв в загартованiй бронзi БрБ2 на раннiх стадiях розпаду досить складнi .

Дослідження показали, що в результатi дiї 5-10 ТЦО фон ВТ при 315 ^o C зменшується на 75%. Головна частина зменшення фону випадає на перших 5 ТЦО. При цьому зростає i модуль зсуву f ² . Головна доля його збiльшення припадає на першi 5 ТЦО. Незначнi змiни фону ВТ проходять i при кiмнатнiй температурi на початкових стадiях термоциклювання . Це свiдчить про видiлення дисперсної фази, яка обумовлює змiцнення бронзи в процесi ТЦО. Збільшення температури конденсації T _c і зменшення tg Q (рис.2) на протязі перших термоциклів вказує на зміцнення матеріалу, що підтверджується збільшенням модуля зсуву та критичних амплітуд деформації АЗВТ (див. табл.2). Характер зміни енергії зв’язку дислокацій з домішковими атомами добре корелює з температурою конденсації, яка характеризує ступінь блокування дислокацій, і міцностними характеристиками (див. табл.2).

На рисунку 2, i в таблицi 2 наведенi пiдсумковi результати дослiджень АЗВТ. Як слiдує iз рис.2, кр.1, фон ВТ на початку ТЦО зменшується. Потiм пiсля 5 ТЦО величина фону стабiлiзується i залишається незмiнною до 40-50 ТЦО. Наступне збiльшення числа термоциклiв зумовлює повiльний рiст величини фону ВТ. Початковий спад величини фону добре корелює iз зменшенням величини внутрiшнiх мiкронапружень D a/a (рис.2,кр.2), оцiнених з допомогою рентгенограми по лiнiї 50 ⁰ . Однак при вищих амплiтудах деформацiї величина ВТ зростає iз збiльшенням кiлькостi термоциклiв , особливо чiтко це проявляється після 20-30 ТЦО.В хорошiй вiдповiдностi з даними мiкронапружень i поведiнкою фону знаходяться результати тангенса кута нахилу АЗВТ (рис.2.кр.3). Як видно iз рисунка, початкова стадiя розпаду пересиченого твердого розчину, яка полягає у вiдходi домiшкових атомiв iз твердого розчину в початковi видiлення , зумовлюють збiльшення тангенса кута нахилу. Наступний процес видiлення дисперсної фази, в мiру зростання числа ТЦО i осiдання її на дислокацiях , зумовлює зменшення величини tg Q .Про характер структурних перетворень i еволюцiї структури при ТЦО свiдчить змiна щільності дислокацiй L , дислокаційних сегментів L _N i L _C . (див.табл.2).

Таблиця 2 Параметри АЗВТ і дислокаційної структури

Очевидно, ТЦО робить суттєвий вплив на кiнетику видiлення змiцнюючої дисперсної фази, оскільки воно викликає накопичення дефектiв кристалiчної будови i в даному випадку дислокацiй . Так, щільність дислокацiй в процесi ТЦО зростає, особливо пiсля 20 ТЦО. Початковий етап ТЦО викликає також рiст величини першої i другої критичних амплiтуд деформацiї (див.табл.2). П i двищити ефективн i сть ТЦО i зменшити його тривал i сть вдається за рахунок поєднання з i ншими видами д i ї, такими як невелика пластична деформац i я, д i я ультразвуку, д i я статичних напруг тощо. Тому пропонуєтьс я зд i йснити термоциклювання в полi зовнішніх напружень .

Література:

1. Баранов А.А. Фазовые превращения и термоциклирование металов . – К . : Наукова думка, 1974. – 231с.

2. Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металов и деталей машин. - Л.: Машиностроение , 1989. – 256 с .

3. Пастухова Ж.П., Рахштадт А.Г. Пружинные сплавы цветных металов . – М.: Металургия , 1984. – 282с.