Влияние обработки трением с перемешиванием на структуру и свойства низколегированного сплава Cu–Cr–Zr

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Изучено влияние обработки трением с перемешиванием и последующего старения на микроструктуру и физико-механические свойства термоупрочняемого сплава Cu–0.3% Cr–0.5% Zr. Пластическая деформация в процессе обработки трением с перемешиванием приводит к формированию ультрамелкозернистой структуры со средним размером зерен 0.5 мкм, распаду пересыщенного твердого раствора и выделению дисперсных частиц в зоне перемешивания. Показано, что старение сопровождается довыделением дисперсных частиц и развитием возврата в зоне обработки. Измельчение зеренной структуры и выделение частиц приводит к росту прочностных свойств и электрической проводимости в зоне перемешивания. Старение сопровождается дополнительным повышением проводимости без значительного снижения прочностных характеристик. Обсуждается влияние эволюции структуры в ходе обработки трением с перемешиванием и старения на свойства сплава Cu–Cr–Zr.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. И. Бодякова

ФГАОУ ВО НИУ “БелГУ”

Автор, ответственный за переписку.
Email: bodyakova-ai@yandex.ru
Россия, ул. Победы, 85, Белгород, 308015

Э. И. Чистюхина

ФГАОУ ВО НИУ “БелГУ”

Email: bodyakova-ai@yandex.ru
Россия, ул. Победы, 85, Белгород, 308015

М. С. Ткачев

ФГАОУ ВО НИУ “БелГУ”

Email: bodyakova-ai@yandex.ru
Россия, ул. Победы, 85, Белгород, 308015

С. С. Малофеев

ФГАОУ ВО НИУ “БелГУ”

Email: bodyakova-ai@yandex.ru
Россия, ул. Победы, 85, Белгород, 308015

Р. О. Кайбышев

ФГАОУ ВО НИУ “БелГУ”

Email: bodyakova-ai@yandex.ru
Россия, ул. Победы, 85, Белгород, 308015

Список литературы

  1. Murashkin M.Y., Sabirov I., Sauvage X., Valiev R.Z. Nanostructured Al and Cu alloys with superior strength and electrical conductivity // J. Mater. Sci. 2016. V. 51. № 1. P. 33–49.
  2. Morozova A., Mishnev R., Belyakov A., Kaibyshev R. Microstructure and properties of fine grained Cu–Cr–Zr alloys after termo-mechanical treatments // Rev. Adv. Mater. 2018. V. 54. № 1. P. 56–92.
  3. Chembarisova R.G., Sarkeeva E.A., Alexandrov I.V., Wei W. Analysis of the effect of equal-channel angular pressing on the strength and electrical conductivity of low-alloyed alloys of the Cu–Cr–Zr system // J. Phys. Conf. Ser. 2020. V. 1431. № 1. P. 012065.
  4. Зельдович В.И., Добаткин С.В., Фролова Н.Ю., Хомская И.В., Хейфец А.Э., Шорохов Е.В., Насонов П.А. Механические свойства и структура хромоциркониевой бронзы после динамического канально-углового прессования и последующего старения // ФММ. 2016. Т. 117. № . 1. С. 79–79.
  5. Purcek G., Yanar H., Demirtas M., Alemdag Y., Shangina D.V., Dobatkin S.V. Optimization of strength, ductility and electrical conductivity of Cu–Cr–Zr alloy by combining multi-route ECAP and aging // Mater. Sci. Eng. A. 2016. V. 649. P. 114–122.
  6. Мартыненко Н.С., Рыбальченко О.В., Бодякова А.И., Просвирнин Д.В., Рыбальченко Г.В., Лукьянова Е.А., Юсупов В.С., Добаткин С.В. Влияние ротационной ковки и последующего старения на структуру и механические свойства сплава Cu-0.5%Cr-0.08%Zr // VIII Всероссийская конференция по наноматериалам: Сборник материалов конференции. 2023. С. 210–211.
  7. Islamgaliev R.K., Nesterov K.M., Bourgon J., Champion Y., Valiev R.Z. Nanostructured Cu–Cr alloy with high strength and electrical conductivity // J. Appl. Phys. 2014. V. 115. № 19. P. 194301.
  8. Aksenov D.A., Faizova S.N., Faizov I.A. Hardening mechanisms contribution at nonmonotonic change of properties in the Cu-0.6 Cr-0.1 Zr alloy at high pressure torsion // Frontier Mater. Techn. 2022. № 3–1. P. 23–32.
  9. Miao Y., Gan C., Jin W., Wang M., Chen Y., Liu Z., Zhang Z. Effect of aging temperature on microstructure and softening property of the Cu-Cr–Zr–Nb alloy // J. Alloys Compd. 2024. V. 983. P. 173818.
  10. Xin Z., Bin Jiang Y., Wu Z.X., Tan F., Qiu W.T., Li J.H., Xia Z.R., Dai W., Li L.H., Xiao Z. Effect of cryogenic rolling and multistage thermo-mechanical treatment on the microstructure and properties of the Cu-0.4Cr-0.39Zn-0.1Mg-0.07Zr alloy // Mater. Charact. 2024. V. 207. P. 113557.
  11. Thomas W.M., Nicholas E.D., Needham J.C., Murch M.G., Temple S.P., Dawes C.J. Improvements relating to friction welding. GB Patent Application № 9125978.8. 1991.
  12. Arora A., Zhang Z., De A., DebRoy T. Strains and strain rates during friction stir welding // Scr. Mater. 2009. V. 61. № 9. P. 863–866.
  13. Mishra R.S., Ma Z.Y. Friction stir welding and processing // Mater. Sci. Eng.: Rep. 2005. V. 50. № 1–2. P. 1–78.
  14. Макаров А.В., Лежнин Н.В., Котельников А.Б., Вопнерук А.А., Коробов Ю.С., Валиуллин А.И., Волкова Е.Г. Восстановление стенок кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок из хромоциркониевой бронзы методом многопроходной сварки трением с перемешиванием // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. 2024. № 6. С. 66–83.
  15. Лежнин Н.В., Макаров А.В., Валиуллин А.И., Котельников А.Б., Вопнерук А.А. Применение аддитивной технологии на основе сварки трением с перемешиванием для восстановления исходной геометрии изношенных плит кристаллизаторов МНЛЗ // Тяжелое машиностроение. 2023. Т. 12. С. 26–33.
  16. Sakthivel T., Mukhopadhyay J. Microstructure and mechanical properties of friction stir welded copper // J. Mater. Sci. 2007. V. 42. № 19. P. 8126–8129.
  17. Shen J.J., Liu H.J., Cui F. Effect of welding speed on microstructure and mechanical properties of friction stir welded copper // Mater. Des. 2010. V. 31. № 8. P. 3937–3942.
  18. Wang Y.D., Liu M., Yu B.H., Wu L.H., Xue P., Ni D.R., Ma Z.Y. Enhanced combination of mechanical properties and electrical conductivity of a hard state Cu–Cr–Zr alloy via one-step friction stir processing // J. Mater. Process. Technol. 2021. V. 288. P. 116880.
  19. Bodyakova A., Mishnev R., Belyakov A., Kaibyshev R. Effect of chromium content on precipitation in Cu–Cr–Zr alloys // J. Mater. Sci. 2022. V. 57. № 27. P. 13043–13059.
  20. Фролова Н.Ю., Зельдович В.И., Хомская И.В., Хейфец А.Э., Шорохов Е.В. Влияние старения и деформации на структуру и механические свойства хромоциркониевой бронзы // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2015. № 5. С. 99–108.
  21. Jha K., Kumar S., Nachiket K., Bhanumurthy K., Dey G.K. Friction Stir Welding (FSW) of Aged CuCrZr Alloy Plates // Metall. Mater. A. Trans. 2018. V. 49. P. 223–234.
  22. Surekha K., Els-Botes A. Development of high strength, high conductivity copper by friction stir processing // Mater. Des. 2011. V. 32. № 2. P. 911–916.
  23. Wang Y.D., Xue P., Liu F.C., Wu L.H., Zhang H., Zhang Z., Ni D.R., Xiao B.L., Ma Z.Y. Influence of processing innovations on joint strength improvements in friction stir welded high strength copper alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2023. V. 872. P. 144983.
  24. Naik R.B., Reddy K.V., Reddy G.M., Kumar R.A. Development of high strength and high electrical conductivity Cu–Cr–Zr alloy through friction stir processing // Fusion Eng. Des. 2020. V. 161. P. 111962.
  25. Shangina D.V., Bochvar N.R., Morozova A.I., Belyakov A.N., Kaibyshev R.O., Dobatkin S.V. Effect of chromium and zirconium content on structure, strength and electrical conductivity of Cu–Cr–Zr alloys after high pressure torsion // Mater. Lett. 2017. V. 199. P. 46–49.
  26. Calcagnotto M., Ponge D., Demir E., Raabe D. Orientation gradients and geometrically necessary dislocations in ultrafine grained dual-phase steels studied by 2D and 3D EBSD // Mater. Sci. Eng. A. 2010. V. 527. № 10–11. P. 2738–2746.
  27. Humphreys F.J., Hatherly M. Recrystallization and related annealing phenomena. Elsevier. 2012. 635 p.
  28. Морозова А.И., Беляков А.Н., Кайбышев Р.О. Влияние температуры деформации на формирование ультрамелкозернистой структуры в термоупрочняемом Cu–Cr–Zr сплаве // ФММ. 2021. Т. 122. № 1. С. 67–73.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) — исходная структура Cu–Cr–Zr-сплава после обработки на пересыщенный твердый раствор; (б) — термический цикл процесса ОТП; (в) — схема вырезки образцов для исследований. Малоугловые границы от 2° до 15° обозначены зелеными линиями, большеугловые границы более 15° — синими линиями, и двойниковые границы S3 — красными линиями (on line). Система координат: НО — направление обработки; ПН — поперечное направление; НН — направление нормали к плоскости обрабатываемых заготовок.

Скачать (389KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Оптическая металлография Cu–Cr–Zr-сплава после ОТП: (а) общий вид зоны обработки; (б) и (в) зона перемешивания (ЗП); (г) зона термомеханического влияния (ЗТМВ) и (д) зона термического влияния (ЗТВ). На вставках на рис. 2б, д гистограммы распределения частиц по размерам. Система координат: НО — направление обработки; ПН — поперечное направление; НН — направление нормали к плоскости обрабатываемых заготовок.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микроструктура Cu–Cr–Zr-сплава после ОТП (а–в) и старения (г–е): распределения границ кристаллитов в зоне перемешивания (а, г) и зоне термомеханического влияния (б, д) с гистограммами распределения зерен по размерам и кристаллитов по углам разориентировки, тонкая структура в зоне перемешивания (в, е) с гистограммами распределения частиц по размерам. Малоугловые границы от 2° до 15° обозначены зелеными линиями, большеугловые границы более 15° — синими линиями, и двойниковые границы S3 — красными линиями (on line). Система координат: НО — направление обработки; ПН — поперечное направление; НН — направление нормали к плоскости обрабатываемых заготовок.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Твердость (точки) и электропроводность (треугольники) сплава Cu–Cr–Zr после ОТП (а) и старения (б). Линиями обозначена величина свойств Cu–Cr–Zr-сплава после закалки или старения. СО — сторона отвода, СН — сторона набегания.

Скачать (264KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кривые “напряжение — относительное удлинение”, полученные при испытании Cu–Cr–Zr-сплава после ОТП (а) и старения (б), для образцов, содержащих основной материал (сплошные линии), и образцов, вырезанных из зоны перемешивания (пунктирные линии), с картами распределения истинной деформации в рабочей части образца. Точками на кривых отмечены участки, для которых представлены карты распределения деформации. СО — сторона отвода, СН — сторона набегания. Система координат: НО — направление обработки; ПН — поперечное направление; НН — направление нормали к плоскости обрабатываемых заготовок.

Скачать (794KB)
Метаданные