СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
удк 669.124:539.25
ТЕКСТУРА ДЕФОРМАЦИИ ПРОКАТАННЫХ ЛЕНТ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ КАК УСЛОВИЕ ПОЛУЧЕНИЯ ОСТРОЙ КУБИЧЕСКОЙ ТЕКСТУРЫ ПРИ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ
© 2015 г. И. В. Гервасьева, Д. П. Родионов, Ю. В. Хлебникова
Институт физики металлов УрО РАН, 620137Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18
е-таП: gervasy@imp.uran.ru Поступила в редакцию 12.01.2015 г.; в окончательном варианте — 28.01.2015 г.
Показано, что определенное количественное соотношение основных текстурных компонент после холодной деформации прокаткой на 98.6—99% медных сплавов определяет возможность получения острой кубической текстуры в лентах после последующего рекристаллизационного отжига. Этому критерию соответствуют двойные сплавы меди с никелем (до 40 ат. %), а также меди с добавками железа и хрома. Найдено, что оптимальная текстура деформации может быть создана в некоторых тройных медно-никелевых сплавах при добавлении Сг, Бе или Мп. Показано, что анализ компонентного состава текстуры деформации с помощью функции распределения ориентаций может более точно предсказать возможность получения кубической текстуры при последующей рекристаллизации сплавов по сравнению со значениями энергии дефектов упаковки.
Ключевые слова: сплавы меди, холодная деформация прокаткой, текстура деформации, функция распределения ориентаций.
БО1: 10.7868/80015323015070074
ВВЕДЕНИЕ
Кубическая текстура в ГЦК-сплавах широко используется на практике с целью создания определенных ориентационно зависимых свойств или, в последнее время, в лентах-подложках для эпи-таксиального нанесения на них через буферные слои слоя высокотемпературного сверхпроводника. Для того чтобы получить острую кубическую текстуру после первичной рекристаллизации прокатанного с высокой степенью деформации (98— 99%) металла или сплава, нужно, прежде всего, иметь в этом материале необходимую текстуру деформации.
Известно, что текстура деформации в ГЦК-металлах зависит от их энергии дефектов упаковки (ЭДУ). Принято считать, что в сплавах с высокой ЭДУ при деформации образуется текстура "типа меди", и при первичной рекристаллизации формируется острая кубическая текстура, в сплавах с низкой ЭДУ образуется текстура деформации "типа латуни", и кубическая текстура после рекристаллизации не реализуется [1]. Считается, что в сплавах с высокой ЭДУ механизмами деформации при холодной прокатке являются окта-эдрическое скольжение и поперечное скольжение, в сплавах с низкой ЭДУ — октаэдрическое скольжение и механическое двойникование. Экспериментальное определение значений ЭДУ представ-
ляет собой сложную задачу. В литературе имеется весьма ограниченное количество работ по влиянию легирования на изменение ЭДУ. В широко цитируемой работе [2] приведен обзор данных по экспериментальному определению величины энергии дефектов упаковки. Однако критерий ЭДУ не является универсальным для определения типа формирующейся при деформации текстуры, т.к. даже приведенные его значения (отношение ЭДУ к модулю сдвига и кратчайшему межатомному расстоянию) в разных системах сплавов сильно различаются по величине. Судя по некоторым литературным данным, эти значения, характерные для чистой меди, в других материалах приводят к текстуре деформации "типа латуни".
В большинстве исследований в качестве основных компонент текстуры деформации ГЦК-материалов упоминаются следующие ориентировки (в косых скобках дано их принятое обозначение): {112}<Ш> /С/; {123}<634> //; {110}<112> /В/; {110}<100> /О/. С развитием методов количественного анализа текстуры [3] стало очевидным, что текстура прокатки представляет собой не отдельные ограниченные компоненты, а непрерывный ряд ориентаций. В элементарном кубе пространства углов Эйлера с помощью функции распределения ориентаций (ФРО) такая текстура изображается в виде так называемых "трубок" ориента-
Таблица 1. Химический состав сплавов и объемная доля (±10°) основных компонент текстуры в деформированных образцах, %
Содержание Ni, ат. % S {123}<634> C {112}<111> B {011}<211> S + C 2B
Чистая медь 26.8 11.8 16.0 38.6 32
Cu-10% Ni 27.5 13.9 11.7 41.4 23.4
Cu—20% Ni 25.5 15.6 9.5 41.1 19.0
Cu—30% Ni 28.2 16.0 11.3 44.2 22.6
Cu-40% Ni 29.6 15.8 12.6 43.4 25.2
Cu—1.6% Ge 22.5 6.1 16.9 28.6 33.8
Cu—1.6% Fe 26.3 15.0 11.1 41.3 22.2
Cu—2.2% Al 17.5 2.1 17.1 19.6 34.2
Cu—1.3% Cr 17.8 9.1 9.7 26.9 19.4
Cu—30% Ni—0.7% Cr 24.2 11.1 13.1 35.3 26.2
Cu—30% Ni—1.5% Fe 24.9 11.7 15.9 36.6 31.8
Cu—40% Ni—1.5% Mn 22.8 11.3 12.5 34.1 25.0
ций. Несмотря на то, что компонента С считается характерной для меди, а В — для латуни, анализ ФРО показывает в большинстве случаев наличие всех характерных для ГЦК-металлов компонент в текстурах того и другого типа. В литературе до сих пор не упоминалось никаких количественных данных о текстуре деформации, которые бы указывали на границу перехода от текстуры "типа меди" к текстуре "типа латуни" и ограничивали бы образование кубической текстуры при рекристаллизации. В работах [4, 5] было исследовано влияние легирования на текстуру деформации и формирование кубической текстуры рекристаллизации в сплавах никеля. Исследование было предпринято в связи с отработкой технологии получения лент-подложек с острой кубической текстурой для эпитаксиального нанесения высокотемпературных сверхпроводников. Достаточно острая кубическая текстура получается в чистом никеле [5], однако для повышения механических свойств ленты использовали легирование никеля некоторыми элементами (Сг, V, Мо, ^ Яе, МЪ), создающими сплавы замещения в широком концентрационном диапазоне. Легирование уменьшает ЭДУ никеля [2] и изменяет текстуру деформации сплава. Анализ ФРО холоднокатаных на 98% сплавов никеля позволил установить количественные закономерности в преобразовании текстуры. В работах [4, 5] сделано заключение, что кубическая текстура после первичной рекристаллизации образуется в том случае, если в текстуре деформации сумма объемных долей компонент С {112}(111) и S {123}(634) превышает значение удвоенной объемной доли компоненты В {110}(112).
Целью настоящей работы явилось исследование количественных характеристик деформационной текстуры сплавов на основе меди, прокатанных с высокой степенью обжатия, и установ-
ление количественного критерия получения в них острой кубической текстуры после первичной рекристаллизации.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для исследования текстурообразования при холодной прокатке медных сплавов были выплавлены бинарные сплавы Cu—Me на основе чистой, бескислородной меди 99.95 мас. %. В числе этих сплавов (в ат. %): Cu—2.2% Al, Cu—1.6% Ge, Cu—1.6% Fe, Cu—1.3% Cr и серия сплавов Cu—Ni. Для выплавки лабораторных сплавов Cu—Ni с содержанием 10, 30 и 40 ат. % никеля использовали никель чистотой 99.97 мас. %, для выплавки сплавов Cu—Fe — карбонильное переплавленное железо чистотой 99.94 мас. %, другие легирующие элементы имели чистоту не ниже 99.93 мас. %. Все сплавы выплавлялись в алундовых тиглях в атмосфере аргона в вакуумной печи. Слитки ковали при температуре в интервале 800—600°С на прутки сечением 10 х 10 мм. После механообработки получали заготовки, которые отжигали при температуре 550—800°С, 1 ч. В заготовке средний размер зерна перед прокаткой не превышал 40 мкм. Для изготовления холоднокатанной ленты использовали также промышленный сплав (в ат. %) Cu— 20% Ni — мельхиор и тройные сплавы Cu—30% Ni c 1.5% Fe или 0.7% Cr и Cu-40% Ni с 1.5% Mn. Составы исследованных сплавов приведены в табл. 1.
Холодную деформацию заготовок осуществляли в два этапа: 1 этап на прокатном стане с диаметром валков 180 мм (деформация ~90%, число проходов 35—40); 2 этап — на двухвалковом прокатном стане с полированными валками диаметром 55 мм до толщины 100—80 мкм. Общая степень холодной деформации составляла 98.6—99%.
(а) (б)
) {¡рз О й /Ш) о и О ж
ь * X *
Л V щ о •т ш ! к
''чЩь 1 ...Цр ■ 0 & ' ¡0: о *
<3 ¿Щр о ) фэ О } --Ф1 ф ж - ;:{112} <111> ^{110}(112} ^ *)123( (634}
Рис. 1. Текстура деформации (сечения ФРО при ф2 = 0°, 5°, 10°, ..., 90°) ленты из чистой меди (а) и положения основных ориентировок текстуры деформации в этих сечениях (б).
Для определения текстур деформации использовали рентгеновскую съемку внутренней части полюсных фигур "на отражение" до а = 65°. Съемку полюсных фигур {111}, {200}, {220} и {311} производили с шагом 5° в излучении Со-^а1 на рентгеновском дифрактометре с автоматизированной текстурной приставкой. Исследование текстуры деформированных образцов осуществляли путем анализа функций распределения ори-ентаций по методу Бунге [3] по четырем неполным полюсным фигурам с числом членов разложения ряда 22. Объемную долю отдельных текстурных составляющих определяли интегрированием текстурной функции в пределах ±10° от положения соответствующей идеальной компоненты {НкГ}(ыуц>) в пространстве углов Эйлера.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
На рис. 1 представлена текстура деформации в виде сечений функции распределения ориентации Дф^ Ф, ф2) при постоянном угле ф2 = 0°, 5°, 10°, ... 90° ленты из чистой меди (а) и положения основных ориентировок текстуры деформации в этих сечениях (б).
По распределению ориентационной плотности на рис. 1а можно заметить, что в прокатанной ленте из чистой меди "латунная" компонента В {110}(112) обладает более высокой интенсивностью, чем "медная" С {112}(111). Однако компоненты С и ^то-же имеют достаточно высокую интенсивность.
На рис. 2 приведены сечения ФРО для сплавов меди с никелем, при содержании никеля 10 (а), 20 (б), 30 (в) и 40 (г) ат. %. Во всех этих сплавах интенсивность компонент С и S выше, а компоненты В ниже, чем в чистой меди. Вероятно, это связано с тем, что никель и медь имеют неограниченную взаимную растворимость, а ЭДУ никеля больше, чем ЭДУ меди.
На рис. 3 показаны сечения ФРО для сплавов меди с 1.6% Бе — 3а и 1.3% Сг — 3б. В текстуре деформации этих сплавов так же, как и в предыдущих компоненты С и S имеют достаточно высокую интенсивность.
Совсем другая картина наблюдается в текстуре деформации сплавов меди с алюминием и германием (рис. 4). Из р
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.