ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2004, том 97, № 3, с. 104-111
= ПРОЧНОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ =
УДК 669.3'21'234:539.4.015
ЭВОЛЮЦИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ СПЛАВОВ Си-Аи-Ра ПРИ УПОРЯДОЧЕНИИ ПОСЛЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ
© 2004 г. А. Ю. Волков
Институт физики металлов УрО РАН, 620219 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18 Поступила в редакцию 22.09.2003 г.
Исследованы структура и свойства сплавов Си-Аи-Р^ упорядоченных по типу Ь10 после предварительной пластической деформации. Установлено быстрое формирование зерен-монодоменов; не зафиксировано образования ламельной структуры в сплавах с содержанием палладия выше 14 ат. %. Показано, что размер образующихся зерен существенным образом зависит от температурного интервала обработки. Приведены результаты механических испытаний сплавов в различных структурных состояниях.
ВВЕДЕНИЕ
Бинарная система золото-медь и тройные сплавы с палладием на ее основе широко используются в стоматологии, электронике и ювелирном деле. При термообработках ниже определенных, критических температур в указанных выше сплавах происходит перестройка структуры, в результате которой атомы каждого сорта занимают строго определенные места в кристаллической решетке. Данное явление называется "атомным упорядочением", а образующаяся кристаллическая решетка - "сверхструктурой".
Многочисленные исследования [1-3] показали, что в эквиатомном сплаве СиАи в процессе атомного упорядочения исходная гранецентриро-ванная кубическая решетка перестраивается в гранецентрированную тетрагональную, в которой атомы каждого сорта уложены слоями, параллельными плоскостям типа {001}. Возникающая тетрагональность кристаллической решетки объясняется изменением межплоскостного расстояния с между слоями разносортных атомов. Степень тетрагональности определяется отношением с/а. Кристаллическая решетка с подобным упорядоченным расположением атомов носит название 1Л0-сверхструктуры. При перестройке разу-порядоченной кубической решетки в тетрагональную упорядоченную в сплаве возникают внутренние напряжения. Поэтому процессы атомного упорядочения в некоторых случаях могут привести к короблению или растрескиванию изделий [3]. Таким образом, требуется дальнейшее изучение !Л0-сверхструктур, что может привести к расширению области практического применения этих сплавов.
Следует отметить, что перевести сплав в упорядоченное состояние можно различными путями, которые схематически изображены на рис. 1.
Первый способ упорядочения I осуществляется в сплавах, предварительно рекристаллизованных в высокотемпературной области и медленно охлажденных ниже температуры фазового перехода. На основании работ [3, 4] данный способ упорядочения принято называть "высокотемпературным". Следующий, "низкотемпературный" способ упорядочения II осуществляется в два этапа: сначала отжигом при температуре выше Тс в сплаве фор-
Рис. 1. Три возможных варианта получения упорядоченного состояния:
I - отжиг выше Тс с медленным охлаждением; II - отжиг выше Тс с последующей закалкой и термообработкой ниже Тс; III - отжиг в области существования упорядоченной фазы после предварительной пластической деформации.
мируется рекристаллизованное состояние, которое фиксируется закалкой. Последующая термообработка ниже ТС переводит сплав в упорядоченное состояние. Термообработка по способу III производится отжигом предварительно деформированного сплава ниже критической температуры упорядочения.
Ранее на примере детального исследования эк-виатомного сплава СиАи было показано, что в случае высокотемпературного способа в материале реализуется саморазгружающийся механизм упорядочения [3-5]. При этом в сплаве формируется ламельная структура, представляющая собой колонии двойниковоподобных с-доменов, границы которых параллельны плоскостям типа {101}. Доменные границы являются прочными, но преодолимыми препятствиями для движения дислокаций. В [3-5] было показано, что максимальное измельчение доменной структуры или, что то же самое, получение большого количества границ, переводит сплав в высокопрочное состояние. Это позволило использовать эквиатомный сплав СиАи в технике, в ответственных узлах и приборах.
При низкотемпературном способе обработки упорядочение сплава СиАи протекает настолько быстро, что возникающие при этом упругие напряжения не успевают сняться в процессе формирования ламельной структуры. В результате материал становится малопластичным, а в некоторых случаях происходит самопроизвольное разрушение образцов. Основные результаты данных исследований опубликованы в [3-6].
Однако ламельная структура является характерной, но не единственно возможной для сплавов с £10-сверхструктурой [7]. В то время как в большинстве сплавов при упорядочении по типу Ь10 формируется пластинчатая с-доменная структура, и для получения в них зерен-монодоменов требуются длительные термообработки, для системы Си-Аи-Рё ранее было установлено, что при упорядочении как по высоко-, так и по низкотемпературному механизмам, процессы эволюции микроструктуры достаточно быстро завершаются формированием зерен-монодоменов [8-10].
При упорядочении по типу £10-сплавов, находящихся в исходно деформированном состоянии, наблюдаемая картина развития событий значительно сложнее [11]. Формирование микроструктуры сплавов в этом случае существенным образом зависит от температурного интервала, в котором проводится обработка.
При термообработках исходно деформированных сплавов в области низких температур, а также вблизи Тс, образование зародышей новой фазы со сверхструктурой типа Ь10 может быть облегчено. Это отмечалось во всех исследованных ранее сплавах (СиАи, БеРё, №Р1 и т.д.) вне зависимости от значения критической температуры, ки-
Т, °С 600 500 400
46.9 39.7 32.6 25.4 18.3 11.1 Рё, мас. %
1-1-1-1-1-1-г
РёСи 10 20 30 40 50 60 АиСи 54/46 Аи, мас. % 75.4/24.4
Рис. 2. Квазибинарный разрез диаграммы состояния системы РёСи-АиСи [16].
нетики образования зародышей новой фазы и те-трагональности кристаллической решетки сверхструктуры [12, 13]. Установлено, что в этом случае наблюдается развитие комплексной реакции: упорядочение и рекристаллизация в сплаве происходят одновременно. Причем благодаря их совместному протеканию скорость рекристаллизации при низкой температуре во всех исследованных сплавах много выше, чем при более высокой температуре.
В температурном интервале максимальной скорости формирования дальнего порядка упорядочение опережает рекристаллизацию и, как следствие, подавляет ее. Основную роль в замедлении рекристаллизации играет ламельная структура, которая оказывает сопротивление как зарождению, так и росту нового зерна [14, 15]. В результате плотность дислокаций в упорядоченном сплаве с ламельной структурой сохраняется и при длительном отжиге.
Целью настоящей работы является исследование структуры и механических свойств сплавов Си-Аи-Рё, формирующихся при упорядочении по типу Ь10 после предварительной пластической деформации. Основной задачей стояло выявление особенностей протекания процессов рекристаллизации и упорядочения, возникающих вследствие отсутствия ламельной структуры в этих сплавах.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В качестве объекта исследования выбрана система сплавов золото-медь-палладий. На основании разреза фазовой диаграммы (рис. 2) [16] выплавлялась серия из семи тройных сплавов Си-Аи-Рё с различным содержанием палладия, составы которых, степень тетрагональности решетки и ширина двухфазной области указаны в таблице. Для сравне-
Таблица
№ сплава Содержание компонентов с/а Граница двухфазной области, °С
ат. % вес. %
Аи Рё Си Аи Рё Си
1 50.0 - 50.0 75.6 - 24.4 0.92 ТС = 410
2 40.6 7.8 51.6 66.0 6.9 27.1 0.93 500-530
3 37.9 10.0 52.1 63.0 9.0 28.0 0.92 510-545
4 35.3 12.1 52.6 60.0 11.1 28.9 0.91 520-560
5 32.8 14.2 53.0 57.0 13.3 29.7 0.90 540-585
6 27.4 18.6 54.0 50.0 18.3 31.7 0.89 550-600
7 20.6 24.2 55.2 40.0 25.4 34.6 0.87 520-570
8 20.0 20.0 60.0 39.9 21.5 38.6 0.91 515-565
ния структуры и свойств использовались: бинарный эквиатомный сплав СиАи (сплав 1) и сплав 8 [17]. Они имеют практически одинаковую степень тетрагональности кристаллической решетки, но сплав 1 не содержит палладия, а сплав 8 пролегирован палладием в количестве 20 ат. %. Из таблицы можно видеть, что в данной системе при увеличении содержания палладия от 0 до 25.4 вес. % степень тетрагональности решетки уменьшается от 0.92 до 0.87. Причем с увеличением содержания палладия происходит сильное повышение критической температуры упорядочения от 410°С у сплава СиАи до 600°С в сплаве СиАиРё с 18.3 вес. % Рё., а также появляется двухфазная область, ширина которой достигает 50°.
Как было указано выше, при упорядочении по типу !Л0-сплавов в исходно деформированном состоянии можно выделить три температурных интервала, внутри которых формирование микроструктуры подчиняется одинаковым принципам. При отжигах в низкотемпературном интервале и вблизи ТС развивается совместное прохождение процессов рекристаллизации и упорядочения. В среднем интервале температур, при максимальной скорости упорядочения сплава рекристаллизация задерживается: даже после длительных отжигов наблюдается ламельная структура с высокой плотностью дислокаций. В этом случае формирование ламельной структуры приводит к задержке рекристаллизации.
Интересно было бы выяснить, как будет протекать рекристаллизация в сплавах Си-Аи-Рё в условиях отсутствия ламельной структуры. Ранее было обнаружено, что в тройных сплавах с содержанием палладия менее 10 ат. % формирование микроструктуры при упорядочении происходит в целом аналогично исходному бинарному сплаву. При повышении содержания палладия (сплавы 3-5) наблюдается смешанная структура. Отсутствие ламелей и формирование только зеренной моно-
доменной структуры при упорядочении наблюдалось в сплавах 6-8 с высоким содержанием палладия. Поэтому в данной работе наибольшее внимание будет уделено последним трем сплавам.
Исходя их описанных выше результатов, эксперименты по изучению микроструктуры сплавов СиАиРё при упорядочении после предварительной пластической деформации на 75% пр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.