К.ф-м.н. Білюк А.І.,Білюк А.А.,Батуєв О.О.,Стачук Н.Л.,Сірик С.О.

Вінницький державний педагогічний університет ім.М.Коцюбинського,Україна

СТРУКТУРНІ ЗМІНИ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ АЛЮМІНІЮ І МІДІ ПІСЛЯ ТЕРМОЦИКЛЮВАННЯ

Відомо, що термоциклічна обробка (ТЦО) металів і сплавів суттєво змінює структурні і фазові перетворення, які залежать від природи матеріалу, градієнта температури, швидкості її зміни, кількості термоциклів, наявності або відсутності зовнішнього навантаження, тощо. При цьому спостерігається зміна форми і розмірів зразків, подрібнення зерна сплаву, структурних складових тощо, що викликає зміну багатьох фізико-механічних властивостей матеріалу [1-3].Тому метою роботи було дослідження впливу різних параметрів термоциклювання на фізико – механічні властивості конструкційних матеріалів на основі алюмінію і міді.

Досліджувались сплави берилієва бронза БрБ2 і алюмінієві сплави(Al-1,2,4%Cu, Al-1%Zn). ТЦО проводилось в межах 78020°С і 31520°С(БрБ2), 15020°С(алюмінієві сплави), а швидкість нагріву і охолодження витримувалась на рівні 50 К•с^-1 і 5-2 К•с^-1 відповідно. Основними методами дослідження структури сплавів використовували, рентгеноструктурний аналіз і внутрішнє тертя (ВТ).

Дослідження показали, що в результатi дiї 5-10 ТЦО фон ВТ при 315^oC зменшується на 75%(рис.1). Головна частина зменшення фону випадає на перших 5 ТЦО.При цьому зростає i ефективний модуль зсуву f²(квадрат частоти)(рис.2). Головна доля його збiльшення припадає на першi 5 ТЦО. Незначнi змiни фону ВТ проходять i при кiмнатнiй температурi на початкових стадiях термоциклювання. Це свiдчить про видiлення дисперсної фази, яка обумовлює змiцнення бронзи в процесi ТЦО. Збільшення модуля зсуву та критичних амплітуд деформації АЗВТ і зменшення tgQ (рис.1.) на протязі перших термоциклів вказує на зміцнення матеріалу.

На рисунку 1, i в таблицi 1, наведенi пiдсумковi результати дослiджень АЗВТ і рентгеноструктурного аналізу сплаву БрБ2. Як слiдує iз рис.1, кр.1, фон ВТ на початку ТЦО зменшується. Потiм пiсля 5 ТЦО величина фону стабiлiзується i залишається незмiнною до 40-50 ТЦО.

Наступне збiльшення числа термоциклiв зумовлює повiльний рiст величини фону ВТ. Початковий спад величини фону добре корелює iз зменшенням величини внутрiшнiх мiкронапружень Δa/a (рис.2,кр.2), оцiнених з допомогою рентгенограми по лiнiї 50^o. Однак при вищих амплiтудах деформацiї величина ВТ зростає iз збiльшенням кiлькостi термоциклiв, особливо чiтко це проявляється після 20-30 ТЦО. В хорошiй вiдповiдностi з даними мiкронапружень i поведiнкою фону знаходяться результати тангенса кута нахилу АЗВТ (рис.1.кр.3). Тобто, початкова стадiя розпаду пересиченого твердого розчину, яка полягає у вiдходi домiшкових атомiв iз твердого розчину в початковi видiлення, зумовлюють збiльшення тангенса кута нахилу.

Таблиця 1

Параметри АЗВТ і дислокаційної структури БрБ2

N, ТЦО	γкр.1×10^5	γкр.2×10^5	Ln×10^6, м	Lс×10^8, м	L×10^-12, м^-2
0 1 5 10 20 40 50	4 4 10 12 20 15 18	14 15 26 36 54 50 48	2.00 1.90 1.10 0.80 0.50 0.56 0.48	2.90 3.10 3.30 4.40 5.00 9.70 2.70	1.30 1.30 2.20 5.40 15.0 56.0 64.0

Очевидно, ТЦО робить суттєвий вплив на кiнетику видiлення змiцнюючої дисперсної фази, оскільки воно викликає накопичення дефектiв кристалiчної структури (в даному випадку дислокацій). Так, щільність дислокацiй в процесi ТЦО зростає, особливо пiсля 20 ТЦО. Початковий етап ТЦО викликає також рiст величини першої i другої критичних амплiтуд деформацiї (див.табл.1). Пiдвищити ефективнiсть ТЦО i зменшити його тривалiсть вдається за рахунок поєднання з iншими видами дiї, такими як невелика пластична деформацiя, дiя ультразвуку, дiя статичних напруг тощо. Тому пропонується здiйснити термоциклювання в полi зовнішніх напружень.

Рис.1. Залежність фону ВТ (1), внутрішніх мікронапружень Δа/а (2)та tgΘ АЗВТ (3) від кількості ТЦО в інтервалі температур 31520 °С

Рис.2. Залежність модуля зсуву f² від кількості термоциклів: 1 – Al-1%Cu; 2 – Al-2%Cu; 3 – Al-4%Cu; 4 – Al-1%Zn; 5- БрБ2; ТЦО в ПЗН: 6 – Al-1%Cu; 7 – Al-4%Cu.

Таким чином в результаті термоциклічної обробки матеріалу збільшується густина дисперсної фази, яка чинить опір руху дислокацій, що і призводить до збільшення опору малим пластичним деформаціям, і ступінь зміцнення відповідно підвищується. Характер зміни коефіцієнта теплопровідності в залежності від температури вказує на підвищення жароміцністних і термопружних властивостей конструкційних матеріалів на основі алюмінію і міді[4].

Література

1. Баранов А.А., Слюсарев В.Ю. Марчук С.И. Влияние механотермоциклической обработки на структуру и свойства сталей // Термоциклическая обработка деталей машин. Л. 1982.

2. Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка деталей и машин. – Ленинград: Машиностроение, 1989 – 245с.

3. Пастухова Ж.П., Рахштадт А.Г. Пружинные сплавы цветных метал лов. – М.: Металургия, 1984. – 284с.

4. Еволюція механічних, теплових характеристик і параметрів субструктури берилієвої бронзи після термоциклювання /[Білюк А.І., Білюк А.А., Батуєв О.О., Чехівська Ю.С.].-Praha: Publishing House «Education and Science»s.r.o., 2012,-88с.