автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Исследование закономерностей формирования структуры и свойств свинцовых латуней с целью повышения технологичности при обработке давлением

О з'3(

и ' МИНИСТЕРСТВО МЕТАЛЛУРГИИ СССР

Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт сплавов и обработки цветных металлов «ГИПРОЦВЕТМЕТОБРАБОТКА»

На правах рукописи ЮШИНА Елена Валерьевна

УДК: 669.35'5'4.017/.018

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СВИНЦОВЫХ ЛАТУНЕЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДАВЛЕНИЕМ

Специальность 05.16.01 — металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1990

Работа выполнена в Государственном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектном и конструкторском институте сплавов и обработки цветных металлов "Гипроцветметобработка"

Научные руководители: Лауреат Государственной премии,

доктор технических наук, профессор ШЕВАКШ Ю.Ф.

Лауреат Государственной премии, доктор технических щук, профессор

БЕРНШЕЕЙН МЛ.

Официальные оппоненты доктор технических наук,

профессор БСВИКСВ И.И. ■ .

кандидат технических наук,

ст.н.с.

ХШГШ С.Г.

Защита состоится " 1990 г. в

на заседании специализированного совета Ю39.03.01 в Государственном нзучно-ксследовательском, проектном и конструкторском институте сплавов и обработки цветных металлов "Гипроцветметобработка" по адресу: 109017, Москва, Дыжевский пер., д.7а.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке "Гипроцветметобработка".

Автореферат разослан " ¡990 г.

Ученый секретарь специализированного /О-" совета, кандидат технических наук /7

^ЯЛ^исс-^у

Калмыкова Э.Н.

4221

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОЙ

"'1 Ч

Актуальность работы. В Государственном плане экономического и социального развития СССР на 1990 г. главным направлением развития металлургии принято увеличение выпуска прогрессивного сортамента металла, опережающее развитие экономичных ввдов металлопродукции с повышенной износостойкостью, долговечностью, коррозионной стойкостью.

Таким комплексом свойств в полной мере обладают металлоизделия из свинцовых латуней, выцуск которых в настоящее время составляет 38% от производимых промышленных ыедно-цинковых сплавов. Однако, свинцовые латуни относятся к наиболее труднообрабатываемым в металлургическом производстве. Все это прежде всего относится к самой распространенной марке промышленной свинцовой латуни ЛС 59-1. Главными технологическими проблемами в производстве этого сплава являются потери, вызванные растрескиванием полос, образование плен и закатов при горячей прокатке, а также низкая технологичность сплава при холодной обработке давлением, требующая большого количества промежуточных отжигов.

Безусловно, оптимизация технологии производства свинцовых латуней возможна только на основе изученной взаимосвязи мевду их составом, фазовым строением и свойствами, которая, в частности, для латуней с двухфазной )-основой может иметь весьма слож-

ный характер.

В связи с этим цельи работы явилось проведение комплекса исследований, включающих в себя:

- изучение закономерностей охрупчиваюцего влияния свинца на латуни с разной фазовой основой;

- поиск путей оптимизации фазового состава свинцовых латуней;

- изучение процесса высокотемпературной деформации свинцовых латуней типа ЛС 59-1, включающее построение и анализ диаграмм горячей деформации при разных схемах напряженного состояния, а также исследование структурообразованкя с учетом особенностей двухфазной )-структуры;

- разработка и опытно-промышленное опробование рекомендаций, направленных на повышение технологичности при горячей прокатке латуни ЛС 59-1 на заводах ОЦМ.

Научная новизна. Методом сканирующей электронной микроскопии изучены закономерности охрупчиващего влияния свинца в лату-нях с разной фазовой основой.

Исследовано влияние легирующих элементов на фазовое равновесие в двухфазных латунях, предложена классификация основных легирующих элементов по степени их влияния на фазовый состав (¿¿+>5)-латуней.

Построены диаграммы горячей деформации при различных схемах напряженного состояния (сжатие, кручение) для свинцовых латуней типа ЛС 59-1, а также ее структурных аналогов, легированных германием.

Методами металлографического анализа, а такке электронной и рентгеновской дифракционной микроскопии изучены закономерности структурообразованкя при горячей деформации сжатием и кручением исследованных сплавов в различных температурно-скоростных условиях деформации.

Построены карты структурных состояний при горячей деформации сжатием, наиболее близко имитирующем процессы горячей прокатки, для и-фаз в свинцовой латуни, отражавшие темпера- ■ турно-скоростные условия протекания динамических процессов поли-гонизации и рекристаллизации в широком темперагурно-скоростном -- диапазоне деформации.

Практическая ценность. Предложены классификация и способ аналитического определения коэффициентов эквивалентности легирующих элементов, позволяющие достаточно надежно прогнозировать фазовый состав легированных Сд/+у£)-латуней.

Установлена температурно-скоростная зависимость напряжения течения при горячей деформации свинцовых латуней типа ЛС 59-1, которая может быть использована для расчета усилий деформации при горячей обработке, давлением.

Впервые предложен способ повышения технологичности свинцовых латуней цугем оптимизации их фазового строения, позволяющий добиться уникального сочетания высокой технологичности как при горячей, так и при холодной обработке давлением.

Показано, что оптимизация фазового строения и структуры свинцовых латуней является перспективным направлением повышения технологичности свинцовых латуней при холодной периодической прокатке на станах Х1Ш.

Установлены структурные закономерности образования плен на лентах из латуни ЛС 59-1. Разработаны и подтверждены выпуском опытно-промышленных партий конкретные практические рекомендации по совершенствованию технологических режимов горячей прокатки латуни ЛС 59-1 для Кольцугинского завода ОЩ. Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных рекомендаций составляет около 21000 руб.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены на международных научных семинарах "Методы исследований в металлофизике" (Фрайберг, ГДР, 1989 г. и Гливице, Польша, 1930 г.), на научно-техническом семинаре "Термомеханическая обработка металлических материалов" (Москва, 1989 г.) и на У Всесоюзном совещании "Диаграммы состояния металлических систем" (Москва, 1989 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в трех статьях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов и приложения. Она содержит 232 страницы машинописного текста, 55 рисунков, 17 таблиц. Библиографический список включает 123 наименования использованной литературы.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Объектами исследования служили двойные и свинцовые латуни различного фазового состава промышленной (ЭЗКС, Кольчугинский завод ОВД) и лабораторной выплавки.

Для изучения причин высокотемпературного охрупчиванкя лачуней образцы сплавов после горячего прессования подвергали отжигу при температуре 700°С в течение 16 часов. Из обработанного таким образом материала изготавливали шлифы для структурного анализа, а также образцы для испытаний на растяжение.

Для исследования влияния ряда легирующих элементов

6и , /-С, ¿><£) на фазовый состав латуней сплавы

подвергали горячей прокатке при температуре 700°С с обжатием 50$ и отжигу при температурах 450, 550, 650, 750°С в течение 5...8 часов с последующей закалкой в воду.

Высокотемпературные испытания на сжатие и кручение проводи-, ли на сплавах, предварительно подвергнутых горячей прокатке при температуре 800°С с обжатием - 75%.

Испытания на горячее сжатие проводили на гидравлической машине ■ 40ОМ" (при скоростях деформации 5, сек~Ь и универсальной электромеханической машине ДУ—19 " Лс/сг/?1г£ ¿Зс/'та-гуг^" (при скорости деформации Ю-^ сек""*) на цилиндричес-

к их образцах $8x12 ьел, Температуру испытаний варьировали от 500 до 800°С с шагом Ю0°С. Величина максимальной истинной деформации составляла 0,7 ,(50$ по обжатию).

Испытание на горячее кручение проводили на торсионной испытательной машине "Лг^аиьп" {со специальным устройством для быстрого водяного охлаждения) на цилиндрических образцах 06x376 ии в то« же температурно-скоростнон интервале деформации. Образцы доводили до полного разрушения.

Механические свойства - временное сопротивление деформации (&)), напряжение течения С)» относительное удлинение (с/), относительное сужение () измеряли при комнатной и повышенных температурах б испытаниях на растяжение на установках Р-05 и "¡А'ЗТ^ОМ" согласно требованиям стандарта на механические испытания. Структуру сплавов исследовали методами световой, электронной сканирующей и дифракционной микроскопии на микроскопах "А/еорЯсЖ*, ¿£5"-300", 540" и " 613". Для спрэде-

ления объемного соотношения фаз в сплавах использовали анализатор изображения "Квантимет-720".

Для исследования процессов структурообразованга свинцовых латуней использовали метод рентгеновской дифракционной микроскопии. Съемку осуществляли в специально сконструированной камере, смонтированной на дифрактометрэ ДР0Н-0,5.

СТРУКТУРНЫЕ ПРИЧИНЫ ВЫСОКОТИШЕРАТУРНОГО • РАЗРУШАЛ СВИНЦОВЫХ ЛАТУНЕЙ

Проблема повышения технологичности свинцовых латуней непосредственно связана с изучением влияния свинца на высокотемпературное охрупчивание иу? -латуней, что и послужило целью для

постановки настоящих исследований. г-лгь

В качестве материала исследований были использованы двойные латуни, содержащие 55, 65 и 80! ûc (условно, Л55, Л65, Л80), а также свинцовые модификации этих сплавов с 3% (условно, J1C 55-3, ЛС 65-3 и ЛС 80-3).

Учитывая, что растрескивание свинцовых латуней является частным случаем разрушения в твердо-жидком состоянии, оценивали два основных параметра - межфаэвдю поверхностную энергию на границе свинец-матрица и сопротивление сплава деформации.

Установлены значения двугранных углов включения частиц свинца в об- Иу^-матрице, составившие 90...100° и 120...130°, соответственно, и по этим значениям определена удельная поверхностная энергия межфазньис границ Pdлатунь и /^-латунь: 367 и 418 эрг/см^, соответственно. Простейшая оценка энергии образования межкристаллитной трещины (2/~межфазной поверхности - f границ зерен et /об или) показала, что присутствие аидкой фазы

свинца на границах зерен снижает работу образования межкристаллит-

о

ной трещины в ¿¿-латуни с ^2560 до ^ 240 эрг/см в II раз), в ^-латуни - с ~ 1950 до ~ 450 эрг/см^ (~в 4,5 раза).

Таким образом, оценка двугранного угла включения частиц в об- и_^-латунях позволила установить, что, несмотря на близкие абсолютные значения удельной поверхностной энергии границ

-латунь и Д?/^-латунь, энергия, необходимая для твердо-жадкого разрушения -латуни в присутствии свинца примерно вдвое ниже энергии образования межкристаллитной трещины в свинцовой У^-латуни.

Следует отметить характерное влияние состава сплава (содержания меди) на свойства свинцовых латуней при температуре 700°С в интервале скоростей деформирования 0,1...100 мад/мин (начальная скорость деформации 5.10"®.. .5.10"^ сек-''") в условиях одноосного растяжения: . ■ . ' .

1. Для свинцовых латуней переход от к^ -матрице при изменении концентрации меди от 80 до 55$ приводит к снижению сопротивления высокотемпературной деформации в ~ 5...7 раз в зависимости от скорости деформации.

2. Эффективность охрупчивающего влияния свинца возрастает с увеличением содержания меди в сплаве, а также с увеличением скорости деформирования. Так, введение 3% Л? в ¿^-латунь приводит к снижению высокотемпературной пластичности при скорости деформирования 10.. .100 ым/иин в ~3...6 раз, в то время как дляуЗ -латуни этот показатель снижается в~1,5...2,5 раза.'

Совместный анализ полученных результатов показал, что различное охрупииващее влияние свинца на оС - и^ -латуни при горячей обработке давлением вызвано закономерным изменением удельной энергии межфазной границы свинец-матрица (/*") и величины сопротивления сплава деформации (£>). Отношение Г~/Ъ , определяющее вероятность вязкого пластического течения материала, предшествующего его высокотемпературному разрушению, при переходе от свинцовых ¿в- к ¿¿-латуням снижается в б...В раз при доминирующем вкладе изменения .

ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ЛАТУЬИ С -ОСНОВОЙ

Учитывая, что наиболее эффективным способом целенаправленного регулирования фазового состава является легирование, в настоящей главе обсуждается возможность и количественные критерии оценки влияния легирующих элементов на фазовое равновесие в латунях с (<^+>5 )-основой, а также предложен способ усовершенствования свинцовых латуней путем оптимизации их фазового строения.

Попытка оценить степень влияния элементов на фазовое равно-

весив в латуни, т.е. определить соответствующие коэффициенты эквивалентности расчетным путем, основывалась на анализе известных закономерностей образования и устойчивости электронных фаз, типичными представителями которых являются латуни.

Если при рассмотрении латуней, легированных^-образующими (с медь») элементами » Аб , , 1/1, , $С и , руководствоваться известными представлениями о роли коллективизированных электронов, и, следовательно, ЭК в образовании фаз, то появляется возможность аналитического определенна коэффициента эквивалентности легирующего элемента и вызванного км смещения фазового равновесия при следующем условии: при малых (не более 5...10 ат.$) количествах легирующей добавки значения равного соотношения объемов с/фаз соответствуют равным значениям ЭК бшарных и яегн-рова1шых латуней. С учетом сказанного, появляется возможность определения смещения фазового равновесия А —- А1 и коэффициента эквивалентности (Л'}.

Использование расчетного' метода оценки коэффициента езквива-лентности позволяет классифицировать легирующие элементы по степени их влияния на фазовое равновесие в латуни на-стабилизирующие { ¡^^0), ¡^-стабилизирующие .( 0) и нейтральные С^ = 0).

Б таблице I'представлены результаты опытного и расчетного определения коэффициента эквивалентности ряда легирующих элементов. Отклонения экспериментального и расчетного значений не ' превышают +0,5, что подтверждает правомерность предполагаемого аналитического определения влияния легирующих' элементов на фазо- ■ вое равновесие в латунях.

Анализ значений коэффициентов эквивалентности для ряда хими-' ческих элементов- (таблица I) показывает, -что./^-стабилизирующими добавками в латуни являются элементы, образующие в двойных спла-

Таблица I

ЭШЕРШШГАЛЬНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭЗЭЩИЕНТА ЭКВ ¡ВАЛЕНТНОСТИ ^ ДЛЯ РЯДА ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

» Легирующий элемент Металлическая валентность Концентрация элемента. а масс.% / Концентрация меди. А, масс.% Экспериментальные значения Расчетные значения

1 А 1 ! А ±

I s¿ 4 0,24 0,23 62,1 64,3 60,5 33,0 7 6 60,8 63,1 6,0 6,1

2 АС 3 • 0,54 0,52 61,5 64,8 ' ■ 60,0 63,0 3,5 4 59,7 63,1 3,9 4

3 (?а 3 1,1 61,6 60,7 1,6 60,6 1.5

4 (Ре 4 1,2 61,9 60,0-61,4 1,0*2,2 59,8 2,4

5 г 0,8 62,7 00,0-61,7 . 1,9+4,0 62,1 1,7

б М I 1,5 60,5 62,7-63,0 -(0,80+1,1) 62,3 -0,6

? //а I 0,75 61,6 62,0 0,1 62,2 -0,2

8 и I 0,26 60,5 60,0-61,5 *г,5*(-2,9) 61,5 -2,9

в ах с медью электронные соединения либо Лазы Лазэса, для которых ЗК также является одним из важнейших кр^зртч» их устойчивости, а о<!-стабилизирующими элементами яиляот^а оле»:зкты, образуют и а в сплавах электронные соединения с цинком»

Предложенный в работе способ опрндслзния коэффициентов эквивалентности позволяет достаточно надежно прогнозировать фазовый состав легированных двухфазных латушК.

Следует отметить, что для большинства легирующих элементов степень их влияния на фазовый состав (V-) постоянна* в интервале температур 450...750°С. В то же вреш, отдельные легирующие добавки, такие как /-¿>, и /¿' , при введении в латунь приводят к неравномерному (по температуре) смещению фазового состава. Коэффициент эквивалентности этих легирующих элементов, соответственно, не является постоянным, а изменяется в зависимости от температуры.

Обнаруженное более интенсивное увеличение объемного содер-. жакия^-фазы с повышением температуры под влиянием этих легирующих добавок может позволить создать оптимальное для свинцовых ла-туней фазовое строение матрицы, когда при температурах горячей обработки давлением 700...800°С в объема сплава доминирует^? -фаза (50...6052 и более), а в области средних и более низких температур, т.е. при холодной обработке давлением, содержание^-фазы не превышает ~ 105£.

Разработка свинцовых латуней с оптимальным фазовым строением является принципиально новым подходом к решению задачи совершенствования свинцовых латуней, предлокенным в настоящей работе.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОШИШРАТУРНОЙ

даюпмции свщовых латуней

Представляло большой практически интерес на примере широко

распространенного базового сплава ЛС 59-1 различного фазового со-стагр, а также его структурных аналогов, легированных германием, проследить влияние горячей деформации в широком темперагурно-ско-ростном диапазоне на струнгурсобразование и свойства.

Исследуемые сплавы к;.1'л л следующий химический состав:

1. (и - 57,3%; Рё - 1,3,?, ОСТ.

2. Си, - 60,0%; Рб - 1,3%.. С2Т.

3. йс - 59,9%; - 1,36; - 1,0%, ост.

4. & - 62,7%; /У - 1,0%; А - 1,0%, ост. &г.

По результатам высокотемпературных испытаний на сжатие построены кривые горячей деформации в координатах истинное напряжение - истинная деформация для температур 500, 600, 700 и 800°С и

Т —2 I

скоростей деформации 5, 10 , 10 сек , Установлены основные параметры, характеризующие кривую напряжение - деформация при горячей деформации: максимальное напряжение ( при котором наступает динамическое равновесие между процессами упрочнения и разупрочнения, и степень деформации С ), соответствующая ¿г^юу и характеризующая склонность материала к разупрочнению.

Переходя к качественное анализу диаграмм горячей деформации латуни ЛС 59-1, следует отметить особенности фазового строения ее модификаций. Практически во всем исследуемом интервале температур (500...800°С) в сплаве I ("57% <и) доминирующим компонентом структуры является^ -фаза, а в сплаве 2 (60% & ) - о^-фаза.

Полученные результаты по высокотемпературному сжатию латуни ЛС 59-1 позволяют отметить ряд закономерностей. Во-первых, кривые Ъ - £ Для сплава 2 (с преобладающим количеством ¿¿-фазы) во всем исследованном температурно-скоростном интервале деформации располагаются выше на поле диаграммы, чем для сплава I (с доминирующим содержанием-фазы). Во-вторых, максимальный уровень на-

пряжений при температурах 500...600°С в сплаве I достигается пр$ меньших значениях ¿/таг по сравнению со сплавом 2, что свидетель ствует о большей способности к разупрочнению латуни на -основе. Повышение температуры деформации до 700...800°С приводит к выравниванию для обоих сплавов.

Анализ кривых горячей деформации, полученных для свинцовых латуней, легированных германием, показал, что этим сплавам (3 и 4 присущи те же закономерности, отмеченные для латуни ЛС 59-1.

Совместное использование металлографического анализа, методов рентгеновской дифракционной микроскопии, а такяе электронной микроскопии позволило выявить различие механизмов протекания процессов разупрочнения и, следовательно, формирующейся дислокационной структуры, ъ Л - п^б -фазах. Установлено, что основными механизмами разупрочнения при горячей деформации сплавов с доминирующим содержаниемуЗ -фазы является динамическая рекристаллизация, в то время как сплавы с преобладающим содержанием -фазы разуп-рочняются преимущественно по механизм динамической полигонизацщ При температуре деформации 500°С ( £ = Ю-2 сек~*) в об -фазе наблюдается развитая ячеистая субструктура или полигонизованная с вытяцутыми субзернами с высокой плотностью свободных, не связанных в субграницы дислокаций. При повышении температуры деформации до 600°С эта структура переходит в динамически равновесную поли-гонизованную субструктуру с равноосными субзернаш, имеющими более четкие субграницы и ярко выраженную разориентировку. Дальнейшее повышение температуры деформации до 700...800°С приводит к активному развит® рекристаллизационных процессов в ¿¿-фазе. В том же исследованном температурно-скоростном диапазоне деформации уЗ-фаза практически полностью рекристаллизована.

Важной особенностью легированных сплавов является то, что

влияние германия проявилось не только в смешении фазового равновесия в стороцу увеличения количествауЗ -фазы, но и в торможении га разупрочняющих (рекристаллизационных) процессов, т.е. в действии его как твердорастворного упрочнителя.

С целью исследования влияния различных схем напряжешюго состояния на вид диаграмм горячей деформации в работе были также проведены испытания на высокотемпературное кручение в тс\ч же температурно-скоростном диапазоне деформации.

Вид диаграмм горячего кручения для всех 4-х сплавов подобен и имеет ряд особенностей: (<? на начальном этапе возрастает, достигая в дальнейшем либо установившегося значения (Тдаф 5= 700... ...800°С и £= 10"^...КГ* сек-*), либо продолжает непрерывно возрастать с увеличением степени деформации до ее предельных значений 8Ф (Тдеф = 500...600°С и £ » 5 сек"1).

Обнарукена резкая температурно-скоростная зависимость продельной пластичности латуней с преобладающим содержанием-фазы. Так, при одновременном понижении температуры до 500°С и увеличении скорости деформации до 5 сек"* ресурс высокотемпературной пластичности сплава 2 ( 107%) достиг и дате несколько превзошел уровень пластичности сплава I а предельная деформация сплава 4, легированного германием, возросла в 2 раза (с 72^ до 145%).

Как показал структурный анализ, повышение ресурса высокотемпературной пластичности при горячей кручении сплавов с доминирующим содержанием ¿/-фазы является следствием формирования структуры динамической полигониэации в обеих фазах в определенном температурно-скоростном интервале деформации, что может способствовать нейтрализации охрупчиващего влияния свинца.

Сделано предположение, объясняющее положительное влияние

полигонизованной структуры на свойства свинцовых латуней соэдаак-ем полигональных субграниц, являющихся "полунепроницаемыми" бартерами для движущихся дислокаций, способствующих равномерному распределению деформации по зерну, уиенынент мощности концентраторов напряжений и релаксации пиковых напряжений без образования трещин.

Для описания процессов горячей деформации исследуемых свинцовых латуней в работе была предложена единая (независимо от схемы напряженного состояния - скатия, кручения) темперагурно-скоро-стная зависимость напряжения течения, которая может быть использована для расчета усилий деформации при горячей обработке давлением: „ , ■ /п \

где А, у2>, - константы, - энергия активации горячей деформации, 2- Впараметр Зинера - Холломона, определяющий число ^терыически активируемых актов деформации.

' Коэффициенты уравнения (I) и область его применимости приведены в таблице 2.

В целях обеспечения возможности прогнозирования теыпаратур-но-скоростшх условий горячей деформации, определяющих для данного сплава получение заданной структуры (субструктуры) на примере сплава 4, проявившего наиболее высокую пластичность в исследуемом темперааурно-скоростном интервале, были построены карты структурных состояний для ¿С - и-фаз. Следует отметить, что построение карт проводилось на обобщении многочисленных экспериментальных данных для условий горячего сжатия, наиболее близко моделирующего процессы горячей прокатки. При повышении температуры деформации в исследуемом интервале как гак и вуЗ -фазе происходит пос-

тепенная смена основного механизма структурообразования от дина-

КОЭФФЩИЕК'Ш УРАВНЕНИЯ (I) ДЛЯ ШСОКОТШПЕРАТУРНОй ДЕФОРМАЦИИ СЖАТИЕМ И КРУЧЕНИЕМ

сжатие кручение Область применения уравнения: . ¿¿рОав) сжатие и кручение

А & 7 моль /4 У* й. у моль

I 10Ю,4 0,08 201 108,7 0,47 265 ЮП'5< 2 < Ю14'3

2 1013,2 0,09 263 Ю7*2 0,62 281 1013'8<^с Ю18'5

3 ю12«6 0,09 244 10Ю,4 0,44 £78 Ю13'6<^< ю17,2

4 1014,7 0,10 311 0,53 315 Хо15»5 <£ <- ю2*'*

ыической полигонизации к динамической рекристаллизации, причем тем быстрее, чем выше скорость деформации.

Совместное использование знаний о закономерностях структуро-образования и построение карт структурных состояний с учетом возможного сдвига температурно-скоростных границ реализации различных механизмов разупрочнения в реальных условиях горячей прокатки позволяют осуществить целенаправленный выбор реиимов горячей деформации для получения заданных свойств и расширяет возможности такого выбора.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕН Ш ТЕХНОЛОГШНОСТИ СВШЦОШ ЛАТУНЕЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДАВЛЕНИЕМ

Настоящие исследования убедительно показали особую роль фазового состава и типа структуры, определяющих, в конечном счете, свойства свинцовых латуней. Наиболее эффективные и приемлемые дяя производства способы оптимизации фазового состава - регулирование содержания меди (или цинка), изменение температуры обработки либо целенаправленное легирование.

Практическое приложение подученных результатов представлено на трех конкретных примерах.

I. Представлялось целесообразным, учитывая специфическое влияние германия на фазовое равновесие в латунях, исследовать влияние этого элемента на технологические свойства свинцовых латуней при горячей и холодной обработке давлением.

Объектом исследования являлся сплав, содержащий 61,9$ Си, 3,0%Рё и 1,0? Ое (осг.^г).

Оцен^' способности свинцовой латуни, легированной германием, к горячей и холодной прокатке проводили с помощью клиновидных образцов, горячую прокату которых проводили при разных температу-

pax в один проход. Толщина образцов по длине клина (150 мм) изменялась от 4 до 25 юл.

Допустимая степень деформации при горячей прокатке при температурах 700, 750 и 800°С составила 73...81, 86...90 и 88...90%, соответственно.

Холодную прокатку горячекатаных заготовок проводили для оценки допустимой степени деформации до образования трещин пр кромке, которая составила 66...80%.

Результаты показывают, что исследуемый сплав, легированный германием, обладает уникальным сочетанием высокой технологичности как при горячей, так и при холодной прокатке.

Настоящий вывод был подтвержден выпуском опытной партии ленты толщиной 0,5...О,7 мм из экспериментальных латуней на основе система /л - - 1?г - (содержание меди в пределах 61...63%, германия 0,8...1,2%, свинца 1,8...3,0%) на ЭЗКС.

Таким образом, оптимизация фазового строения путем целенаправленного легирования, впервые предложенная в настоящей работе, является наиболее эффективным способом усовершенствования свинцовых латуней. Технологические свойства модельных свинцовых латуней фактически заключают в себе лучшие технологические качества, присущие базовым промышленным свинцовым латуням с разной фазовой основой J1C 63-3 и ЛС 59-1.

2. Отсутствие в настоящее время систематических исследований по влияние состава,фазового строения и структуры на технологические свойства свинцовых латуней не позволяет однозначно ответить на вопрос о принципиальной возможности холодной обработки этих сплавов с применением станов периодической прокатки ХПЛ.

■ Задачей этой части исследований являлось изучение технологичности литых заготовок из свинцовых латуней с различным фазовым строением при холодной прокатке.

Содержание меди в сплавах варьировали от 57 до 61%. Испытания по периодической прокатке сплавов проводили на стане ХПЛ-150 (ЭЗКС) с постоянной величиной горизонтальной подачи 6...8 мм, что обеспечивало прокатку полос с незначительным.( < Ю0°С) разогревом.

Проведенные испытания подтвердили важцую роль фазового состава и его влияние на способность литых заготовок к холодной обработке давлением: изменение содержания меди от 57 до 61%, сопровождающееся уменьшением количества хрупкой упорядоченной ¿8 -фазы, приводит к почти двукратно^ повышении предельно допустимой степени деформации (с ~ 30 до ~ 58$).

Для выяснения резервных возможностей повышения технологичности свинцовых латуней при холодной прокатке особый интерес представляло изучение технологической пластичности этих сплавов в "мягком" рекристаллизованном состоянии и с фрагмент про в анн ой (по-лигонизованной) структурой.

^Периодическая прокатка исследуемых латуней на стане ХПЛ-150 показала, что сплавы после рекристаллизованного отжига ймеют более высокий ресурс технологической пластичности при холодной прокатке. Увеличение содержания меди в сплавах от 57 до 61% сопровождается повышением предельной степени деформации с 50 до ~ 70%.

Режим теплой прокатки для получения фрагментированной структуры (на завершающей стадии предварительной обработки) выбирали в соответствии с проведенными ранее исследованиями: температура прокатки - 500°С, степень обжатия - 25%. Установлено, что значения временного сопротивления деформации ^д и напряжение течения ., при температуре 20°С сплава (~ 61% йс.), подвергнутого теплой деформации, близки по абсолютной величине, а (Р^г, в 3 раза превышает аналогичный показатель для рекристаллизованного сплава то-

го но состава. Однако, не только величина относительного сужения , но и степень обжатия при холодной прокатке этого сплава, не уступают аналогичным свойствам рекристаллизованной латуни идентичного состава. Этот интересный результат еще раз подчеркивает перспективность фрагментированной структуры, наряду с традиционной рекристаллизованной, как для горячей, так и для холодной обработки давлением свинцовых латуней.

Полученные результаты убедительно показывают, что оптимизация состава, фазового строения и типа структуры свинцовых латуней способна увеличить более, чем вдвое, их технологическую пластичность при холодной прокатке и является одним из основных цутей промышленного освоения производства проката из свинцовых латуней с использованием станов периодической прокатки. •

3. С целью установления причин и механизма образования плен на лентах был проведен комплексный анализ структуры и свойств латуни ЛС 59-1 с различным содержанием меди.

Замечено, что источником появления плен в лентах из свинцовых латуней являются мелкие поперечные трещины на поверхности полос, образующиеся на 2...3 проходах горячей прокатки, что соответствует температуре 700...650°С.

Ватаой особенностью как литых, так и деформированных латуней при малом 57...58% содержании меди, является пограничный характер распределения частиц сх^-фазы, наиболее ярко выраженный при малом ( < 10...1Ъ%) ее количестве, что является следствием нагрева сплавов в однофазную.^? -область и последующим бейнитным распадом (преимущественно, по границам^-зерен). Различное охруп-чивающее влияние свинца на горячую пластичность с/ - -составляющих структуры латуни приводит к возникновению множества микротрещин в пограничных прослойках ¿¿-фазы. Температура нагрева под про-

катку латуней с более высоким содержанием меди (59...60%) находится нив температуры перехода в однофазцую^-область, что позволяет избежать резкой зернограничной сегрегации частиц огГ-фазы и приводит к образованию однородной двухфазной )-структуры.

Таким образом, проблема повышения качества горячекатаных полуфабрикатов из латуни НС 59-1, устранения дефектов в виде многочисленных плен на поверхности полос, требует обоснованного научного подхода к'выбору регламентированных режимов горячей деформации с учетом специфических особенностей формирования структуры сплава в зависимости от его фазового состава (содержания меди).

Учитывая особую значимость фазового состава свинцовых лату-ней, определяющего поведение сплавов при горячей и холодной деформации, предложено разделение сплавов, принадлежащих к одной марке латуни ЛС 59-1, по содержанию основных компонентов следующим образом: I группа - 57..,58,4% йс и 2 группа - 58,5 ...6055

Си.:.

, Для первой группы сплавов температура начала прокатки устанавливается в пределах 690...720°С (оптимальная температура 700...7Ю°С), завершение прокатки при температуре не ниже 450°С; для второй группы сплавов температура слитка, поступающего на горячую прокатку, должна быть 770...800°С, а температура конца прокатки - не ниже 550°С.

Подобное разграничение сплавов по составу и режимам горячей прокатки позволит обрабатывать обе группы сплавов в одном (близком), наиболее желательном с точки зрения структуры и свойств, фазовом состоянии (соотношении фаз). Следует о&вдать изменения объемного содержанияув> -фазы при горячей прокатке в 1-ой группе сплавов от 75...85^ до 30...40%, во 2-ой группе - от 60...70? до 20...30,?.

Установлено также, что подобный выбор температурных режимов горячей прокатки для латуни ЛС 59-1 с различным содержанием меди обеспечивает близкий уровень напряжений и, соответственно, деформирующих усилий, независимо от состава.

Приведенный анализ предложенного разделения латуни ЛС 69-1 по содержанию меди, а также по температурного режицу обработки (горячей прокатки) использован для выработки практических рекомендаций по оптимизации режимов горячей прокатки на Кольчугинс-ком заводе ОЦМ и подтвержден выпуском опытной партии.

Годовой экономический эффект от внедрения опытно-промышленных рекомендаций на Кальчугкнском заводе СВД за счет снижения уровня брака по пленам в ^ 1,5...2 раза составит около 21000 рублей.

ВЫВОДЫ

1. В изложенной работе представлен оригинальный обзор литературы по вопросам высокотемпературного охрупчивания и оптимизации структуры и свойств при горячей деформации свинцовых латуней.

2. Изучены закономерности охрупчивающего влияния свинца в латунях с разной фазовой основой.

Установлено, что при переходе от свинцовых и - куЗ -латунлм отношение ,А/2> > определяющее вероятность вязкого пластического течения материалов, увеличивается^ в 6...8 раз, причем, в основном, за счет относительного снижения в 5...7 раз) сопротивления латуни высокотемпературной деформации.

3. Предложен способ определения коэффициентов эквивалентности легирующих элементов из условия постоянства электронной концентрации легированной и бинарной латуни аналогичного фазового состава.. • , .

' • 23

Дана классификация основных легирующих элементов по степени их влияния на фазовый состав (¿^м^)-латуней.

4. Построены диаграммы горячей деформации сжатием и кручением для свинцовых латуней типа 1С 59-1, а также ее структурных аналогов, легированных германием, установлены закономерности изменения параметров диаграмм высокотемпературной деформации сжатием и кручением.

Предложена температурно-скоростная зависимость напряжения течения при горячей деформации исследуемых сплавов, которая может быть использована для расчета усилий деформации при горячей обработке давлением.

5. Изучена структура двухфазных латуней типа ЛС 59-1, а также ее структурных аналогов, легированных германием, после различных режимов горячей реформации сжатием и кручением в широком диапазоне изменения температуры, степени и скорости деформации.

Показано, что основными механизмами разупрочнения при горячей деформации исследованных латуней является динамическая рекристаллизация (главным образом, в сплавах с доминирующим содержанием -фазы) и динамическая полигонизация, получающая преимущественное развитие в латунях на с1 -основе.

6. Построены карты структурных состояний при горячей деформации окат нем для ¿¿- - и^й-фаз сплава, легированного германием, отражающие температурно-скоростные условия протекания динамических процессов полигонизация и рекристаллизации в интервале Тдеф = 500...600°С и / » Ю"2...5 сек-1.

7. Показано, что формирование в результате горячей деформации лре существенно полигонизоьаиной структуры в обеих фазах может способствовать нейтрализации охрупчиващего влияния свинца и, таким образом, повьпенш высокотемпературной пластичности свинцовых латуней.

8. Предложен способ оптимизации фазового строения свинцовых латуней цутем целенаправленного легирования, позволяющий получить уникальное для свинцовых латуней сочетание высокой технологичности как при горячей, так и при холодной деформации.

9. Показано, что одним из наиболее перспективных путей промышленного освоения производства проката из свинцовых латуней с использованием станов периодической прокатки является оптимизация состава, фазового строения и типа структуры заготовок.

10. Установлены структурные причины образования плен на поверхности прокатанных полос при горячей прокатке латуни ЛС 59-1. Разработаны практические рекомендации по улучшению качества поверхности лент из латуни ЛС 59-1, включающие в себя ранжирование данного сплава по содержать меди, а также по температурному режиму обработки.

Данные рекомендации были проверены в ходе выпуска опытных партий лент из латуни ЛС 59-1 на Кольчугинском заводе ОВД. Результаты определения выхода годного и уровня брака по пленам подтвердили целесообразность использования предложенных рекомендаций в промышленном масштабе. Годовой экономический эффект от внедрения опытно-промьшленных рекомендаций на Кольуугинском заводе ОВД составит около 21000 рублей.

■ Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ефремов Б.Е., Юшкна Е.В. Оценка влияния легирующих элементов на фазовый состав двухфазных латуней.// йэв. АН СССР, Металлы. - 1987. -1-2. - с.85-91.

2. Ефремов Б.Н., Шина Е.В., Платова С.К., Васильев С.Д.,

Лаврентьев М.И. Структурные причины высокотемпературного разрушения свинцовых латуней.// Изв. ВУЗов, Цветная металлургия. -1988 г. - №4. - с.101-106.

3. Бернштейн М.Л., Ефремов Б.Н., йдина Е.В. Некоторые особенности формирования структуры свинцовых латуней в процессе последе-формационного нагрева.// Изв. ВУЗов, Цветная металдургия. - 1989. - М. - с.88-92.

Л-^гУ Пода, к печати 23/^ 199(3 г. Ф.П.Л. Тираж /¿>&

Типография ОХО Мнннефтегазпрома СССР. Зак. №