научная статья по теме ТЕКСТУРА ДЕФОРМАЦИИ ПРОКАТАННЫХ ЛЕНТ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ КАК УСЛОВИЕ ПОЛУЧЕНИЯ ОСТРОЙ КУБИЧЕСКОЙ ТЕКСТУРЫ ПРИ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ Физика

Текст научной статьи на тему «ТЕКСТУРА ДЕФОРМАЦИИ ПРОКАТАННЫХ ЛЕНТ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ КАК УСЛОВИЕ ПОЛУЧЕНИЯ ОСТРОЙ КУБИЧЕСКОЙ ТЕКСТУРЫ ПРИ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ»

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.

Показать целиком