Формирование нанокристаллической структуры трения в субмикрокристаллическом сплаве Cu-Cr-Zr, полученном методом ДКУП

И.В. Хомская, А.Э. Хейфец, В.И. Зельдович, Л.Г. Коршунов, Н.Ю. Фролова, Д.Н. Абдуллина
Получена: 19 июля 2018; Исправлена: 22 августа 2018; Принята: 13 сентября 2018
Цитирование: И.В. Хомская, А.Э. Хейфец, В.И. Зельдович, Л.Г. Коршунов, Н.Ю. Фролова, Д.Н. Абдуллина. Формирование нанокристаллической структуры трения в субмикрокристаллическом сплаве Cu-Cr-Zr, полученном методом ДКУП. Письма о материалах. 2018. Т.8. №4. С.410-414
BibTex   DOI: 10.22226/2410-3535-2018-4-410-414

Аннотация на русском языке

Комбинированная обработка ДКУП + старение при 400°С + ИПД трением приводит к формированию в материале поверхностного слоя СМК сплава Cu–0.09Cr–0.08Zr нанокристаллической структуры трения с размером кристаллитов 15–30 нм, что обеспечивает высокий уровень микротвердости сплава и удовлетворительные трибологические свойства.В работе изучали влияние высокоскоростной (100000 с-1) деформации методом динамического канально-углового прессования (ДКУП), отжига и квазистатической интенсивной пластической деформации (ИПД) трением скольжения на эволюцию структуры и свойств экономно-легированных дисперсионно-твердеющих сплавов на основе системы Cu-Cr-Zr. Показано, что легирование меди микродобавками (0.09-0.14 %) хрома и (0.04-0.08%) циркония приводит к смене механизма формирования субмикрокристаллической (СМК) структуры и релаксации упругой энергии при ДКУП: циклический характер структурообразования, обусловленный чередованием высокоскоростных процессов фрагментации и динамической рекристаллизации, сменяется процессами фрагментации и частичного деформационного старения с выделением наноразмерных частиц вторых фаз. Установлен температурно-временной режим отжига (старения) СМК сплавов Cu-Cr-Zr, полученных ДКУП, для повышения механических свойств и электропроводности. В частности, для СМК сплава Cu-0.14Cr-0.04Zr, показано, что оптимальное сочетание микротвердости (HV=1880 МПа), электропроводности (80%IACS) и прочности (σ0.2=464МПа, σв =542 МПа) и при сохранении удовлетворительной пластичности, было получено при обработке: ДКУП+400°С, 1 ч. Повышенный уровень механических свойств сплавов, по сравнению медью, связан с дополнительным упрочнением, обусловленным выделением наноразмерных (5-10нм) частиц Cu5Zr и Cr в процессе ДКУП и старения. Показано, что экономно-легированные сплавы Cu-Cr-Zr обладают высокой способностью к упрочнению методами ДКУП и ИПД трением скольжения. На примере сплава Cu-0.09Cr-0.08Zr определено, что интенсивность изнашивания образцов с СМК структурой, полученной при ДКУП, понижается в 1.4 раза по сравнению с КК состоянием. Установлено, что комбинированная обработка ДКУП+400°С+ИПД трением приводит к формированию в материале поверхностного слоя НК структуры трения с размером кристаллитов 15–30 нм, что обеспечивает высокий уровень твердости (3350 МПа) и удовлетворительные трибологические свойства.

Ссылки (18)

1.
R. Z. Valiev, A. V. Korznikov, R. R. Mulyukov. Phys. Metals Metallogr. 73(4), 373 (1992).
2.
R. R. Mulyukov, R. M. Imayev, A. A. Nazarov. J. Mater. Sci. 43, 7257 (2008). DOI: 10.1007/s10853‑008‑2777‑9
3.
T. G. Langdon, M. Furukawa, M. Nemoto, Z. Horita. JOM. 52(4), 30 (2000). DOI: 10.1007/s11837‑000‑0128‑7
4.
A. M. Glezer, V. E. Gromov. Nanomaterials, created by the extreme. Novokuznetsk, Inter-Kuzbass (2010) 171 p. (in Russian) [А. М. Глезер, В. Е. Громов. Наноматериалы, созданные путем экстремальных воздействий. Новокузнецк, Интер-Кузбасс (2010) 171 с.]
5.
A. Vinogradov, V. Patlan, Y. Suzuki, K. Kitagawa, V. I. Kopylov. Acta Mater. 50, 1639 (2002).
6.
S. V. Dobatkin, D. V. Shangina, N. R. Bochvar, M. Janeček. Mater. Sci. Eng. A. 598, 288 (2014). DOI: 10.1016/j.msea.2013.12.104
7.
G. Purcek, H. Yanar, D. V. Shangina, M. Demirtas, N. R. Bochvar, S. V. Dobatkin. Journal of Alloys and Compounds. 742, 325 (2018). DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.01.303
8.
A. P. Zhilyaev, A. Morozova, J. M. Cabrera, R. Kaibyshev, T. G. Langdon. J. Mater. Sci. 52, 305 (2017). DOI: 10.1007/s10853‑016‑0331‑8
9.
Patent RF № 2283717, 2006. (in Russian) [Патент РФ № 2283717, 2006.]
10.
L. G. Korshunov, A. V. Korznikov, N. L. Chernenko Phys. Met. Metallogr. 111(4), 395 (2011). DOI: 10.1134/S0031918X10061018
11.
A. V. Makarov, P. A. Skorynina, A. S. Yurovskikh, A. L. Osintseva. AIP Conference Proceedings. 1785, 40035 (2016).
12.
V. I. Zeldovich, E. V. Shorokhov, N. Yu. Frolova, I. N. Zhgilev, A. E. Kheifets, I. V. Khomskaya, V. M. Gundyrev. Phys. Metals Metallogr. 105(4), 402 (2008). DOI: 10.1134/S0031918X08040145
13.
I. Brodova, I. Shirinkina, A. Petrova. Material Science Forum. 667 – 669, 517 (2011). DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.667-669.517
14.
I. V. Khomskaya, E. V. Shorokhov, V. I. Zel’dovich, A. E. Kheifets, N. Yu. Frolova, P. A. Nasonov, A. A. Ushakov, I. N. Zhgilev. Phys. Metals Metallogr. 111(6), 612 (2011). DOI: 10.1134/S0031918X11050097
15.
O. E. Osintsev, V. N. Fedorov. Copper and Copper Alloys. Russian and Foreign Grades: A Handbook. Moskva, Mashinostroenie (2004) 336. (in Russian) [О. Е. Осинцев, В. Н. Федоров. Медь и медные сплавы. Справочник. Москва, Машиностроение (2004) 336 с.]
16.
V. I. Zel’dovich, I. V. Khomskaya, N. Yu. Frolova, A. E. Kheifets, E. V. Shorokhov, P. A. Nasonov. Phys. Metals Metallogr. 114(5), 411 (2013). DOI: 10.1134/S0031918X13050141
17.
V. I. Zel’dovich, N. Yu. Frolova, I. V. Khomskaya, A. E. Kheifets, E. V. Shorokhov, P. A. Nasonov. Phys. Metals Metallogr. 115(5), 465 (2014). DOI: 10.1134/S0031918X14050159
18.
V. I. Zel’dovich, N. Yu. Frolova, I. V. Khomskaya, A. E. Kheifets. Phys. Metals Metallogr. 117(7), 710 (2016). DOI: 10.1134/S0031918X1607019X