автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Исследование закономерности пластического течения, деформационного упрочнения и рекристаллизации сплавов МН 19 и МНЦ 15-20 с целью оптимизации термообработки лент

Комитет Российской Федерации по ме ^ ал л ургии Научно-исследовательский проектный и конструкторский институт сплавов и обработки цветных металлов АООТ "Институт Цветметобработка"

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПЛАСТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ, ДЕФОРМАЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ СПЛАВОВ МН 19 И МНЦ 15-20 С ЦЕЛЬЮ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕРМООБРАБОТКИ ЛЕНТ

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая

обработка металлов

На правах рукописи

ТАРАСЕНКО ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамение институте "Цветметобработка" и на Кольчугинском заводе ОЦМ мм. С.Орджоникидзе.

Научные руководители

доктор технических наук профессор Ю.В.Пигузов доктор технических наук профессор М.И.Цыпин Официальные оппоненты

доктор технических наук В.Н.Федоров кандидат технических наук И. Ф. Пружинин

Ведущая организация - Санкт - Петербургский Завод ОЦМ

"Красный Выборжец"

Защита диссертации состоится " " Ц-АЛЗ --Я^-Д,_

1996г. в /Со чае. мин.на Заседании специализированного совета ~ К139.03.01 института "Цветметобработка" по

адреау: 109017, г. Моаква, Пыжевский пер., д. 7а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. .

Автореферат разослан " * " ЦЬСО Ц-и^ 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного

Совета, х. т. н. Э.Н.Калмыкова

ъгеи^у

Общая характеристика работы Актуальность темы. Сплавы МН 19 и МНЦ 15-20 применяются для изготовления бытовой техники, монет, мебельной фурнитуры, столовых приборов, посуды, пружин, упругих элементов и самых разнообразных конструкционных деталей в судостроении, электронике, электротехнике, точном машиностроении, разовой индустрии и других отраслях промышленности.

Однако в литературе отсутствует систематическое изложение необходимой совокупности экспериментальных данных, касающихся структуры и свойств полукристаллических сплавов - твердых растворов, в частности двойных и тройных медноникелевых сплавов. Установление связи между Закономерностями пластической деформации и изменениями тонкой структуры двойных и тройных сплавов позволяет устранить определенные пробелы в прогнозировании их поведения в различных условиях и состоянии.

Сказанное показывает большую актуальность и прикладное значение настоящей работы, посвященной исследованию особенностей механизма деформационного упрочнения и термического разупрочнения сплавов МН 19 и МНЦ 15-20 и направленной на совершенствование существующей технологии получения лент из этих сплавов.

Цель и Научная новизна работы.

1. Изучение кривых деформации сплавов МП 19 и МНЦ 15-20 в широком интервале (температур; анализ влияния температуры и степени деформации на ход кривых течения.

2. Изучение атадийноати пластичеакой деформации аплавов при различных температурах.

3. Наследование процеасов рекристаллизации сплавов МН 19 и МПЦ 15-20.

4. Рентгенографическое наследование текатуры сплавов в деформированном и отожженном ооотояюшх.

5. Электронномикроакопичеакие наследования влияпия деформации на дислокационную структуру сплавов.

6. Наследование строения поверхности разрушения аплавов .

7. Технологические наследования влияния режимов отжига лент в шахтных печах .

8. Выработка технологических рекомендаций для атобильного производства высококачественных полуфабрикатов.

Практическая Значимость работы Заключается в разработке оптимальных режимов отжига лент из сплавов МН 19 и МНЦ 15-20 в условиях Кольчугинакого Завода ОЦМ им.С.Орджоникидзе; внедрение указанных режимов обеопе-чило атабильноать производства и повышение качества лент.

Апробация работы.Основные результаты работы доложены па: Всесоюзной конференции "Роль дефектов в физико-мехакичеаких свойствах твердых тел" Барнаул 1985 г. - Всесоюзном семинаре "Проблемы разрушения и фрактография" Москва 1989 г.

- Всесоюзный научно-технической конференции "ПроиЗвод-• ство, применение и свойства медных сплавов общего и специального назначения" Москва 1990 г.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 4 статьи.

Объем работы: Диссертация состоит из Введения, 9 глав, выводов и списка литературы из 97 наименований.

Работа изложена на 156 стр. машинописного текста, включает 30 таблиц и 61 рисунок.

Методика исследования Выплавка сплавов; термическая и механическая обработка■

Заготовки для образцов в основном получали в промышленных условиях на Кольчугинском Заводе ОЦМ.

Механические испытания.

Для определения механических свойств сплавов при комнатной температуре использовали установки фирмы "Чпз-Ьгоп" . Для проведения испытаний при повышенных температурах использовали отечественные установки ПРВ-302 и ИМАШ 5С-65.

Образцы для испытаний при комнатной температуре на установке "Инстрон" изготавливались из ленты толщиной 0.5 мм и имели рабочую часть размером 25x5x0.5 мм.

Для испытаний при повышенных температурах использовали стандартные круглые образцы диаметром 6 мм и длиной рабочей части 30 мм. Скорость растяжения была выбрана 5.2 и 0.51 мм/мин. Запись кривой нагрузка -удлинение проводилась на стандартном самописце ЭПП-0.9. Ошибка в определении нагрузки не превышала 1%.

В результате испытаний получали диаграммы нагрузка-удлинение, по которым по стандартным методикам рассчитывали механические свойства сплавов.

Для большей точности при определении условного предела текучести - ст0/2 применяли тензометр. При определении числовых Значений механических свойств находили среднеквадратичные ошибки.

Построение кривых деформации Полученные кривые растяжения нагрузка - удлинение перестраивали по точкам с помощью ЭВМ в координаты истинное напряжение (Б) - истинная деформация (е) . В каждой точке рассчитывали коэффициент упрочнения 0 =

- и Значение обратной величины 1/0. Программа

(Зе

предусматривает построение зависимости 1/0 - Б . Такая форма выражения кривых деформации позволяет с достаточной надежностью выделять характерные напряжения течения сплава ( Эщ) и стадии течения с

различными Закономерностями деформационного упрочнения.

Металлографические, электронномикроскопические и рентгеноструктурные исследования. Металлографические исследования проводили с целью определения размера Зерна, а также для выявления наличия и количества двойников.

Просвечивающая электронная микроскопия использовалась в работе с целью изучения дислокационной структуры сплавов. Образцы готовили по стандартной методике, принятой для медных сплавов. Пластинки толщиной 0,5 -0,8 мм подвергались последовательно химической и электрохимической полировке в электролите, состоящем из насыщенного раствора ортофосфорной кислоты. Для изучения дислокационной структуры сплавов были использованы электронный микроскоп УЭМВ - 100К, электронный мик-

роскоп ЭМ - 200 при ускоряющем напряжении 100 и 125 кВ и

растровый электронный микроскоп ^М - 35с.

Рентгенографические исследования проводили по методикам получения рентгенограмм с плоских образцов на дифрактографах типа ДРОН.

Влияние температуры на механические свойства сплавов МН-19 и МНЦ 15-20.

На полученных зависимостях четко наблюдается три участка.

На первом участке у обоих сплавов наблюдается заметное снижение предела текучести, причем темп снижения у двух сравниваемых сплавов примерно одинаковый. Второй участок, на котором предел текучести остается неизменным в широком температурном интервале, у сплава МН 19 более продолжительный, чем у МНЦ 15-20. Третий участок (перехода в область горячей деформации) у нейзильбера более протяженный, чем у сплава МН 19.

С повышением температуры выше -196° внешние ' напряжения, необходимые для дальнейшего движения дислокаций на уровне предела текучести, становятся все

о

меньше. Однако, при температурах 100 - 200 С эта активация полностью обеспечивает преодоление термически активируемых барьеров. Дальнейшее повышение температуры уже не может уменьшить уровень механических напряжений, необходимых для осуществления пластической деформации за счет движения дислокаций. Уровень предела текучести остается постоянным в широком интервале температур и уменьшается только при переходе к механизму горячей деформации с развитием диффузионных процессов.

Ход кривых на графике зависимости предела прочности от температуры испытаний примерно идентичен

•температурной Зависимости предела текучести. Как и для предела текучести в случае Сто. 2/ кривые состоят из трех участков.

Для двух изучаемых сплавов кривые температурной Зависимости относительного сужения шейки \|/ также состоят из трех участков.

На участке I для сплава МН 19 характерен высокий и почти неизменный уровень пластичности в широком температурном интервале {от - 196 С до 400 С)

На участке II, начиная с 400 С и до 600 С, у

сплава МН 19 наблюдается резкое падение пластичности. В

о

интервале 600 - 800 С падение пластичности Замедляется,

и в интервале 800 - 900 С наблюдается тенденция к

повышению пластичности.

Изменение пластичности с температурой у сплава МНЦ

15-20 носит несколько иной характер, чем у сплава МН 19.

Резкое падение пластичности начинается уже при низких

о о

температурах, начиная с -196 С , вплоть до 400 С. Таким образом, охрупчивание сплава МНЦ 15-20 начинается при значительно более низких температурах, чем у сплава МН 19. Затрудненная релаксация напряжений в сплаве МНЦ из-за существенно большего количества плоских дефектов, по-видимому, ответственна За то, что сплав МНЦ охрупчивает-ся при более низких температурах, чем двойной сплав МН.

На кривых температурной зависимости относительно удлинения, как для двойного, так и для тройного сплава, также можно различить три характерных участка изменения относительного удлинения с повышением температуры испытаний.

На кривых течения четко проявляется изменение характера кривых от линейных к параболическим при

повышении температуры и стадийность пластической деформации. Влияние температуры в интервале 20-700°С сильнее для сплава МН 19. Начало третьей стадии динамического возврата у сплава МНЦ 15-20 задержано по сравнению со сплавом МН 19.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ СПЛАВОВ МН 19 И МНЦ 15-20 Исследование процесса рекристаллизации медноникелевого сплава МН 19 вакуумной плавки ( МН 19В).

Структура медноникелевого сплава МН 19 вакуумной плавки была изучена после колодной деформации с разными степенями обжатия образцов, имеющих средний размер зерна 20 мкм, и последующей ^термообработки в диапазоне температур 500-1000®С. Рекристаллизованное состояние (размер зерна 10-15 мкм) наблюдается в образцах, деформированных на 60-80%. При увеличении температуры отжига до 800, 900®С наблюдается рост размера зерна сплава МН 19, особенно Заметный для образцов, деформированных с небольшим обжатием .

Исследование процесса рекристаллизации стандартного сплава МН 19.

Результаты исследования структуры образцов промышленного сплава МН 19, деформированных сжатием с различными обжатиями и Затем отожженных в течение часа при разных температурах, представлены в работе в виде диаграммы рекристаллизации первого рода. Особенностью структуры этого сплава является отсутствие, в отличие от сплава МН 19В, рекристаллизованного состояния после высоких степеней деформации и отжигов в диапазоне температур 500 - 600®С. Результаты проведенных

исследований позволяют рекомендовать в качестве

оптимального режима обработки стандартного сплава МН 19, позволяющего достичь равновесную структуру, деформацию на 60 - 80 % с последующим отжигом при температуре не ниже 650 °С.

Исследование процесса рекристаллизации стандартного сплава МНЦ 15-20.

Для обработки математической модели оптимального отжига выбрали факторы, приведенные в таблице 1 -температуру (625±35 °С), длительность изотермической

выдержки, Х2 (2,25±1,75ч) , степень деформации Х3 (65±15%). Уровни варьирования факторов принимались на основании предварительных исследований, литературных данных и существующей технологии. Параметром оптимизации (У) служила величина Зерна.

Таблица 1.

Матрица планирования, результаты опытов и расчетов

величины Зерна.

X! х2 х3 VI ¥ор — Расчет X

+ + + 36,0 39,9 37,9 39,0

+ + 20,6 18,5 19,5 20,0

+ - + 24,6 22,2 23,4 25,0

- - + 15,4 14,4 14,9 15,2

+ + - 42,2 38,2 40,2 39,0

- + - 20,3 21,3 20,7 20,0

+ - - 25,2 27,2 26,6 25,0

- - - 14,8 16,0 15,4 15,2

Был выбран план 23. Уравнение регрессии имеет вид: X = Ь0 + ЪдХ! + Ъ2Х2 + Ъ3Х3 + Ь12Х1Х2 + Ь13Х1Х3 + Ь23Х2Х3 +

3X^X2 Х3

Построение модели и проверка ее адекватности опытным данным производились по стандартным формулам планирования 2". Табличное значение критерия Кохрена GmaK cV1=l, V2=8, а =0,05 равно 0,68, а расчетное 0,32. Так как 0,32 < 0,68, то гипотеза об однородности не '• отвергается и в качестве оценки генеральной дисперсии воспроизводимости принимается S2 {У} — 3,09 при V = 8.

Получены следующие коэффициенты модели: Ь0 = 24,8; Ъх = 7,2; Ъ2 = 4,7; Ь3 = -0,9; Ъ12 = 2,3; Ь13 = -0,5; Ь23 = 0,02; Ь123 =0,2.

Проверка по t - критерию показала, что коэффициенты Ъ3, Ь23, Ь13, Ь123 не Значимы; получили следующую модель: У = 24,8 + 7,2 Xj + 4,7 Х2 + 2,3 ХхХ2. Проверка по F - критерию показала, что модель адекватна.

Согласно полученному уравнению канонического типа Y = const построены линии иЗоуровней размера зерна в диапазонах от 0,015 до 0,045 мм. При этом учитывалось, что целесообразное Значение длительности выдержки садки при достижении температуры с учетом существующих условий S 4ч. Однако практически выдержка для различных слоев рулонов садки не одинакова. Поэтому предел эстраполяции по времени ограничиваем условием 1,2 S Х2 S + 1, а пределы экстраполяции по температуре с учетом требований по величине зерна выбраны из условий -1 ¿ Xi 2 ± 2,0.

Анализ двухмерных сечений модели показывает, что неблагоприятны сочетания высокой температуры и большой длительности отжига или низкой температуры и малой длительности отжига. С помощью планирования эксперимента определен режим отжига лент и сплава МНЦ 15-20 регламентированной величиной Зерна 0,025 - 0,04 мм.

РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕКСТУРЫ СПЛАВОВ МН 19 и МНЦ 15-20 В ДЕФОРМИРОВАННОМ И ОТОЖЖЕННОМ СОСТОЯНИЯХ Значение интенсивностей линий (в единицах длины) деформированных образцов, а также Значения интенсивностей тех же линий чистой меди и латуни Л68 приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Значения интенсивностей рентгеновских линий образцов деформированных сплавов МН 19 и МНЦ 15 - 20.

Интенсивность рентгеновских линий, мм

Си Л68 МН 19 МНЦ 15-20

Ьк1 степень степень степень степень

деформации деформации деформации деформации

50% 40% 40% 40%

111 2 27 2 25

200 78 15 9 16

220 - 183 30 229

311 - 20 6 25

Из представленной таблицы видно, что по интенсивности линий исследованные сплавы значительно различаются. Сплав МНЦ 15-20 практически не отличается от деформированной на 40% латуни Л68, имеющие текстуру {110} <112> или {135} <211>.

Из таблицы 3, в которой представлены Значения интенсивностей рентгеновских линий образцов сплавов МН 19 и МНЦ 15-20, отожженных при разных температурах, видно, что образцы различаются по текстуре.

Таблица 3.

Значения интенсивностей рентгеновских линий образцов сплавов МН 19 и МНЦ 15 - 20, отожженных при разных

температурах.

Интенсивность, мм

Си Л68 МН 19 МНЦ 15-20

деф.50% деф.40% деф.40% деф.40% деф.40% деф.40%

Ьк1 ОТЖИГ1 ОГГЖИГ отжиг отжиг отжиг отжиг в

600°С,1ч 400°С,1ч 600°С,2ч 750°С,1ч б00°С,2ч пром. печи

111 13 160 6 6 175 156

200 70 185 202 234 150 181

220 5 118 3 1 89 94

311 11 57 3 - 59 77

Отожженный сплав МН 19 имеет ярко выраженную

текстуру отожженной меди, в которой в основном

преобладают кубическая ориентировка {001} <100>. Сплав

о

МНЦ 15-20 после отжига при температуре 600 С, 2 ч является практически бестекстурным. Отжиг в промышленной печи (температура отжига, время выдержки 20 с) способствует образованию текстуры, близкой к текстуре латуни Л68 - {113} <112> или {225} <734>.

Таким образом, рентгеноструктурные исследования ярко выявляют разницу в макроскопической характеристике строения этих сплавов - разную кристаллографическую ориентированность Зерен, составляющих деформированный образец. Эта разница в некотором смысле принципиальна, так как выражение "текстура меди" и "текстура латуни" являются общепринятыми обозначениями различных типов ориентировок кристаллов в деформированных и отожженных

образцах. Такая разница может быть связана только с разным поведением дислокаций в этих сплавах -нерасщеплеттмгх (полных) дислокаций в сплаве МН 19 с высокой (для медных сплавов) энергий дефектов упаковки и расщепленных (частичных) дислокаций в сплаве МНЦ 15-20 с низкой энергией дефектов упаковки, определяемой присутствием цинка. Однако результаты рентгенографического исследования текстур дают некоторые интегральные характеристики тонкой структуры. Локальные сведения о поведении дислокаций при деформации можно получить по данным электронномикроскопических исследований, приведенным в следующем разделе.

ЭЛЕКТРОННОМИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В поликристаллических образцах исследуемых сплавов после отжига остается мало дислокаций в теле Зерна и границы Зерен также малодефектны. Средняя скалярная плотность дислокаций составляет ~ 2.5 х 10® .

В образцах, подвергнутых деформации, начинает формироваться дислокационная структура.

Благодаря высокой энергии дефектов упаковки, присущей сплаву МН 19, характер развития дислокационной структуры одинаков при различных температурах деформации. Разница заключается только в том, при какой деформации при некоторой данной температуре появляется

тот или иной тип структуры. Дислокационная структура в

о

сплаве МН 19, деформированном при температуре 400 С,

ячеистая раЗориентированная с элементами полосовой;

структура образуется при Значительно меньшей деформации

по сравнению с деформацией при комнатной температуре и о

при (-196 С) .

Это свидетельствует в пользу того, что провал

пластичности для этого сплава нельзя объяснить на уровне дислокационной теории.

Для сплава МНЦ 15-20 наблюдается несколько иной характер эволюции дислокационной структуры. Это связано ., с более низким значением энергии дефектов упаковки для нейзильбера по сравнению с мельхиором. При небольших степенях деформации е=5% на фоне хаотического распределения дислокаций наблюдаются плоские скопления дислокаций. При 8=20% появляются ячейки на фоне сетчатой субструктуры, начинается формирование раЗориентированной ячеисто-сетчатой субструктуры, тем самым подготавливается формирование полосовой субструктуры.

С увеличением степени деформации (е=30%) характер субструктуры сохраняется, но по всему объему происходит анизотропный пререход от ячеисто-сетчатой к полосовой субструктуре.Полосовая субструктура однако не становится основной, она соседствует с ячеисто-сетчатой.

На третьей стадии упрочнения происходит Значительная аннигиляция дислокаций противоположного Знака с выделением избыточной плотности. Наряду с накоплением скалярной плотности дислокаций этот факт оказывает влияние на деформационное упрочнение и проявляется в зависимости <т - ^р .

Известная Зависимость а = состоит из 2-х

прямолинейных участков с различным значением параметра та, входящим в известное соотношение:

а = а£ + т,, вЬЛ/р

Для неразориентированных структур т„=1.7, а для раЗориентированных субструктур т,,=4. Результаты, полученные на исследуемом сплаве, подтверждают эту Закономерность .

Сравнение результатов исследования деформационного упрочнения и дислокационной структуры сплавов позволяет связать стадийность пластической деформации со сменой дислокационной структуры.

В совокупности данных о механических свойствах сплавов при различных температурах существенный интерес вызывает вопрос об охрупчивании сплавов при средних температурах (в районе 400 °С) . Как упоминалось выше, этот процесс в основном связан не с дислокациями, а со свойствами границ Зерен, разупрочняющихся и проявляющих разную способность к мЬпррации (в частности за счет примесей) при повышении температуры. Распостранение трещины по границам Зерен или релаксация вызывающих их напряжений за счет диффузионных процессов - взаимо конкуренция этих явлений и должна определять охрупчивание. Непосредственные данные о характере и структуре разрушения приведены в следующем разделе.

ИССЛЕДОВАНИЯ СТРОЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ СПЛАВОВ

Для получения достаточно ясного представления о

структурных особенностях, связанных с уменьшением плас-

о

личности сплавов при средних температурах (300-500 С) , был использован метод сканирующей электронной микроскопии. Исследовали поверхности разрушения круглых и плоских образцов после испытаний на растяжение для определения механических свойств. Как следует из общего вида структур, разрушение образцов при испытаниях на растяжение при комнатной температуре происходит после образования шейки по характерной для вязкого разрушения схеме конус - чашечка. При большем увеличении ( хЗОО -хЮОО) четко выявляется типичная ямочная структура с диаметром ямок 1-10 мкм с небольшими отличиями между

изученными сплавами. Таким образом, разрушение образцов сплавов МН 19 и МНЦ 15-20 при комнатной температуре происходит по классической схеме вязкого разрушения в результате роста и последующего слияния мелких пор. Источником пор являются дислокационные взаимодействия при сложном объемном характере распределения напряжений и деформаций в шейке.

о

С повышением температуры испытаний до 300-500 С происходят радикальные изменения в характере разрушения образцов. Шейка практически не образуется и поверхность разрушения, макроскопически плоская, проходит перпендикулярно к оси круглого образца. В противоположность этому микрорельеф поверхности разрушения становится существенно более грубым ,с характерными размерами в десятки микрон. Сплавы существенно различаются и по характеру излома - если у сплава МН 19 имеются следы вязкого разрушения, то у сплава МНЦ 15-20 поверхность разрушения характеризует полностью хрупкий излом, что отвечает и значениям пластических свойств. Микрофрактограммы четко показывают, что в первом случае разрушение идет по межзеренным границам с некоторой долей интеркристаллитного излома, а для сплава МНЦ 15-20

разрушение полностью интеркристаллитно. Таким образом

о

охрупчивание сплавов в области температур 300-500 С связано с изменением роли границ Зерен. Можно предположить, что существенную роль в указанном процессе будут играть примеси; подавление указанного охрупчивания требует либо повышения чистоты сплава и технологии его приготовления, либо наоборот - введение каких-то рафинирующих добавок.

Для хрупкого разрушения несомненно, что трещина

15

Зарождается также на границе зерен. В пластичных материалах образованию трещин предшествует формирование субграниц или двойников деформации, вдоль которых развиваются трещины. В исследуемом сплаве ни субграниц, ни двойников не образовалось. Здесь по данным просвечивающей электронной микроскопии имеет место иной механизм зарождения разрушения. Первые микротрещины при вязком разрушении наблюдаются после е = 30%, а к моменту разрушения (е в 40%) они встречаются в большом количестве. Все микротрещины развиваются вдоль прямолинейных большеугловых границ (может быть полосовой структуры), по-видимому, близких к специальным. Наблюдаемые трещины не являются релаксационными, а дают вклад в деформацию. Об этом свидетельствуют поля напряжений, развивающиеся в вершине трещины.

Технологические исследования влияния режимов отжига в шахтной печи лент из нейзильбера на их свойства.

Целью рассматриваемого раздела была количественная оценка влияния тепловых режимов отжига на свойства лент в конечных размерах, разработка рекомендаций, позволяющих создать условия для однородного и равномерного отжига на существующем термическом оборудовании.

На Кольчугинском Заводе ОЦМ полный рекристал-лизационный отжиг нейзильбера марки МНЦ 15-20 осуществляют в шахтных печах сопротивления типа "Грюнвальд". Известно, что одним из недостатков конструкций печей этого типа является неравномерность температурного поля в рабочем пространстве.

Однако количественные показатели температурного

поля печей, Загруженных садкой, до сего времени не установлены.

Для исследования температурного поля была взята наиболее распостраненная садка, состоящая из 9 рулонов массой я 1700 кг.

Температуру измеряли предварительно градуированными хромель-Копелевыми термопарами диам. 1.2 мм.

Выбранные точки расположения термопар позволяют получить максимально возможную информацию о Зонах экстремальных температур.

Садка собиралась на поперечную крестовину, удерживаемую посредством вертикальных опорных стержней, которые подвешены к термически Закрывающейся крышке муфеля. Между каждым рядом рулонов устанавливались прокладки в виде дисков с отверстиями. После размещения садки в муфель рулоны отжигали в среде защитного экзотермического газа (состав, % : 5.6 Н2; 7.9 СО; 0.1 О2; 4.8 СО2; остальное N2; т.р. = 20®С).

Установлен значительный (до 20®С) и неодинаковый перепад температур по высоте стопы и по радиусу рулона соответственно для верхнего (50®С), среднего (40®С), нижнего (10®С), что объясняется несовершенством теплообмена как с торцов рулонов, так и с их боковой поверхности. Неравномерность температур обусловила неоднородность структуры, особенно величины Зерна, которая также имеет Значительные колебания по длине рулона и в Зависимости от места расположения его в садке. Соответственно колеблется и величина Зерна. Глубина выдавливания сферической лунки (по Эриксену) практически (в пределах этой технологической пробы)

изменяется незначительно как по высоте стопы, так и по длине ленты, (максимальные Значения 12.9 минимальные 12.О мм).

Проведенные исследования выявили существенную неравномерность температурного поля, а также Значительную неоднородность структуры металла внутри садок.

Полученные результаты показывают необходимость дальнейшего проведения работ по выравниванию температурного поля с целью получения регламентированных характеристик отжигаемого металла.

К числу • эффективных технических решений, позволяющих повысить равномерность и однородность нагрева рулонов, при выходном отжиге можно отнести:

- совершенствование аэродинамических характеристик печных вентиляторов и устройств, обеспечивающих циркуляцию атмосферы в рабочем пространстве;

- различное распределение мощностей нагревателей по периметру зон печи;

- более совершенную конструкцию конвекторных колец;

- улучшение качества теплофизических характеристик Защитных атмосфер и ряд других мероприятий.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании изучения механических свойств и

о

кривых течения в интервале температур -196 4- 900 С, диаграмм рекристаллизации, дислокационной структуры и особенностей текстурообраЗования сплавов МН 19 и МНЦ 15 - 20 установлено:

1. На зависимостях стд 2 ~ ^ наблюдаются атермические

участки в интервалах температур 100-800 С для сплава МН

о

19 и 100-600 С для сплава МНЦ 15-20 - предел текучести не Зависит от температуры.

2. Температурные Зависимости пластических свойств свидетельствуют о высокой (ц/ = 80-90%) пластичности отожженных сплавов при сравнительно низких температурах

и резком понижении пластичности при температурах более

о

400 С для сплава МН 19; для сплава МНЦ 15-20 этот

о

показатель пластичности снижается ниже 50% уже при 300 С

о

и падает до 15% при температурах 450-800 С.

3. Общий ход кривых деформационного упрочнения сплавов

характерен для твердых растворов. При низких •,

о

температурах (-196 С) они практически линейны; высокая пластичность обеспечивает возможность достижения достаточно больших истинных деформаций (е= 0.5 - 0.6) и соответственно истинные напряжения в сплавах достигают 80-90 кгс/ мм^ (800-900МПа). С повышением температуры За счет развития динамического возврата кривые приобретают

параболическую форму и уровень действующих напряжений

о

снижается. При температуре свыше 600-800 С для сплавов реализуется режим горячей деформации, при котором упрочнение отсутствует и уровень напряжения течения

определяется диффузионнми процессами является сравнительно очень низким и практически постоянным.

4. Кривые деформационного упрочнения сплавов в режиме холодной деформации (практически при температурах ниже 0.5 Т пл) обнаруживают три стадии. Первая стадия имеет как правило малую протяженность. Вторая стадия -линейного упрочнения - Занимает почти всю кривую течения при температуре жидкого азота и интенсивно сужается при повышении температуры деформации. При отсутствии охрупчивания третья стадия пластического течения продолжается до• момента потери устойчивости образца при испытании и образовании шейки.

5. Построены диаграммы рекристаллизации, температурные и временные Зависимости получаемого при отжиге размера зерна и чисел твердости для сплавов МНЦ 15-20 и МН 19.

6. Рентгенографические данные свидетельствуют о различии в ходе текстурообразования в сплавах МН 19 и МНЦ 15-20 при деформации и рекристаллизации. Для отожженного состояния- сплав МН 19 обладает выраженной текстурой меди типа {001} <100>, сплав МНЦ 15-20 проявляет текстуру типа латуни, близкую к ориентировке {113} <112>.

7. Исследование отожженных и деформированных образцов сплавов с помощью просвечивающей электронной микроскопии показали, в сплаве МН 19 с началом деформации формируется ячеистая структура, сначала несовершенная, а Затем (при е > 15%) переходящая в разориентированную ячеистую и в разориентированную полосовую. У сплава МНЦ 15-20 в связи с пониженным Значением энергии дефектов упаковки при малых степенях деформации наблюдаются плоские скопления, затем появляется сетчатая

субструктура, переходящая в ячеисто-сетчатую с последующим переходом к полосовой структуре. Установлено, что на каждой стадии пластического течения соблюдается линейная Зависимость напряжения течения от корня квадратного из плотности дислокаций, однако, коэффициент пропорциональности та различен для различных дислокационных структур - для неразориентированных он составляет величину 1.7, а для раЗориентированных равен 4.

8. Исследование поверхности разрушения образцов с помощью сканирующей электронной микроскопии показало, что разрушение в зоне выраженной хрупкости проходит по границам Зерен путем прохождения хрупкой трещины без признаков вязкого разрушения.

9. Проведенные с помощью планирования эксперимента построение математических моделей процесса отжига сплава МНЦ 15-20 с учетом дальнейшего исследования распределения температуры в промышленных садках позволили разработать оптимальные технологические режимы отжига. Внедрение этих режимов на Кольчугинском заводе ОЦМ позволило существенно повысить выход годного и улучшить качество выпускаемых лент За счет повышения их однородности по размеру Зерна и соответственно механическим свойствам.

Основные результаты работы опубликованы в следуют?«« статьях:

1.Тарасепко В.И.,ПигуЗов Ю.В.,Негорев В.Г.,Ильичев В.В. Влияние режима отжига лент ИЗ нейзильбера в шахтной печи на их свойства: Цветные металлы, 1981, 1<12, а. 94-95.

2.Тарасепко В.11.,ПигуЗов Ю.ВРжевская И.Я. Оптимизация отжига лент из сплава МНЦ 15-20 для получения регламентированной величины Зерна: Цветные металлы, 1983, 1'9, а.85-86.

3.Данелил Г.В.,Тарааенко В.И.,Цьшшх М.И. Закономерности эволюции дислокационной структуры в сплавах яа оанопе меди. Сб."Производство, применение и свойства медных сплавов общего и специального назначения". Металлургия, Москва, 1990, а.52-56.

4.Тарасенко В.И.,Галкин Л.М.,Мочалов В.А,Котов В.В. Влияние температуры на механические саойатва сплава МИЦ 15-20: Известия вузов; Цветная металлургия, 1996, Н<3, с.35-38.