К.ф-м.н.Билюк А.И., ст.Билюк А.А. ст.Батуев О.О.,ст.Чеховская Ю.С.

Винницкий педагогический государственный университет имени М.Коцюбинского, Украина

ЭВОЛЮЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ СУБСТРУКТУРЫ БЕРИЛЛИЕВОЙ БРОНЗЫ ПОСЛЕ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ

Термоциклирование (ТЦО) является одним из современных и эффективных методов термообработки металлических сплавов. ТЦО значительно упрочняет дисперсионно - твердеющие сплавы, к которым относится бериллиевая бронза (БрБ2), и ускоряет выделение дисперсной фазы [1]. В результате ТЦО в области дисперсионного твердения в решетке сплава образуются дисперсные кластеры – зоны Гинье-Престона, γ' и γ -фазы, которые существенно влияют на движение дислокаций и тем самым определяют физико – механические свойства материалов.

В данной работе исследовался медный сплав БрБ2. Бериллиевая бронза имеет высокие прочностные и упругие свойства в широком интервале температур и применяется на практике в качестве упругих элементов приборов [2]. С другой стороны этот сплав фактически бинарен ( бериллий 2%, а состав других компонентов менее 0,4% ), потому он хорошо подходит для исследования и анализа результатов измерений. Термоциклирование проводилось в интервале температур 315-10 ⁰С со скоростью нагревания и охлаждения 5 °С •с^-1 . Параметры механической спектроскопии измеряли на приборе типа обратного крутильного маятника [6]. Микротвердость измерялась на приборе ПМТ – 3, а характер изменения теплопроводимости (коэффициент теплопроводимости λ, [Вт/мК]) в зависимости от температуры, измеряли с помощью прибора ИТ-λ-400 [3]. Режим монотонного нагревания позволяет получить температурную зависимость исследуемого параметра. Блок питания регулирует и обеспечивает нагревание ядра измерительной ячейки со средней скоростью 0,1 К/с и автоматически регулирует температуру. Для определения теплопроводимости в процессе непрерывного нагревания на определённых уровнях с помощью прибора Ф 136 , измеряют перепад температур на образце и пластине теплоизмерителя.

Исследования показали, что изменение фона внутреннего трения (ВТ) при 315⁰ C уменшается в течение первых 10 ТЦО в 5 раз от 40·10^-4 до 8 ·10^-4 и незначительно уменьшается при комнатной температуре(20⁰С) . Дальнейшее термоциклирование мало влияет на фон при 315⁰ C и не влияют на его значение при комнатной температуре. Уменьшение фона ВТ при 315⁰ C свидетельствует об интенсивности выделения дисперсной фазы в течение первых 10 ТЦО. Рост модуля сдвига (квадрата частоты) f ² от 1,1 с^-2 до 1,5 с^-2 при 315⁰ C хорошо коррелирует с данными по изменению фона ВТ, а также свидетельствует, что в процессе термоциклирование проходить выделение дисперсной фазы, которая увеличивает упрочнение сплава[4,6].

Значение тангенса угла наклона ВТ tgθ в течении первых 5 ТЦО при 315⁰ C увеличивается (Табл.1), а в течение следующих10 ТЦО этот параметр уменьшается с некоторым замедлением этого процесса в интервале от 15 до 30 ТЦО с последующим незначительным увеличением.

За результатами исследований амплитудной зависимости ВТ, согласно методик [4,5,6], провели расчеты основных параметров дислокационной структуры бронзы (Таблица 1). Анализ структуры параметров показывает, что плотность дислокаций в бронзе увеличивается с некоторым уменьшением после 15 ТЦО. Плотность дислокаций после 20 ТЦО при 315⁰ C растет более чем в 20раз.

Подтверждением (см. табл.1, рис. 1) упрочнения материала после ТЦО является изменение критической амплитуды деформации g_кр.2, тангенса угла наклона фона АЗВТ, микротвердости Hm, коэффициента n_m в уравнении Майера, и прироста ΔHm. Поскольку минимальное значение tgQ и максимальное g_кр.2 , Hm и ΔHm отвечает увеличению величины предела упругости материала, а уменьшение показателя Майера, который является мерой легкости скольжения дислокаций, свидетельствует о затруднении микропластичной деформации материала. Измерение амплитудных зависимостей ВТ и микротвердости на разных этапах субструктурного упрочнения металлов позволяет обнаружить общие закономерности формирования, стабилизации и распада сеток полигональных границ, состояние которых непосредственно определяет уровень и стабильность высокотемпературных свойств материала.

Рис. 1. Амплитудная зависимость внутреннего трения (АЗВТ) БрБ2 после 20 ТЦО: – АЗВТ возрастания амплитуды, – АЗВТ уменьшения амплитуды.

Коэфициент теплопроводности определяли согласно методики, которая описана в работе [3]. Результаты исследований (Табл.2) вказывают на то, что с увеличением температуры теплопроводность сплава увеличивается, а это говорит о том что материал жароупрочняется.

Таким образом в результате термоциклической обработки материала увеличивается плотность дисперсной фазы, которая оказывает сопротивление движения дислокаций, что и приводит к увеличению сопротивления малым пластическим деформациям, и степень укрепления соответственно повышается. Характер изменения коэффициента теплопроводимости в зависимости от температуры указывает на повышение жаропрочных свойств бериллиевой бронзы. Подтверждением этого является рост критических амплитуд деформации, модуля сдвига, микротвердости и теплопроводимости, а также уменьшения тангенса угла наклона фона АЗВТ и показателя Майера.

Таблица 1

Параметры субструктуры, микротвердости, прироста микротвердости DHm и показателя Майера от количества ТЦО для сплава БрБ2

Термообробка	Измеренная величина	0 ТЦО	5 ТЦО	10 ТЦО	20 ТЦО	40 ТЦО	60 ТЦО
ТЦО	gкр.2×10^5 tgQ L×10^-12, м^-2 Ln×10^6, м	6.9 0.72 5.22 5.48	7.2 0.33 8.59 2.44	10.4 0.29 15.7 1.43	13.6 0.26 18.6 2.02	14.1 0.23 28.0 2.44	13.4 0.32 23.6 2.38
ТЦО	Hm,МПа DHm, МПа n	185 - 2.04	204 21 1.97	565 168 1.92	761 360 1.84	691 292 1.80	626 227 1.73

Таблица 2

Зависимость параметров теплопроводимости БрБ2 от температуры

Т, ^0С	25	50	75	100	125	150	175
КТ, Вт/К	0,1611	0,1631	0,1702	0,1707	0,1705	0,1691	0,1636
λ, Вт/мК	15,34	15,76	16,34	16,89	7,56	18,23	18,56

Литература :

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

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

3. Теплофизические измерения и приборы / Е.С. Платунов и др...-М.: Машиностроение, 1986. – 256с.

4. Білюк А.І. Вплив термоциклювання під навантаженням на структурні зміни дисперсійно-твердіючих алюмінієвих сплавів//Металофизика и новейшие технологи.-1997.-Т.19.-№6.-С.78-80.

5. Granato A.V., Lucke K. // J. Appl. Phys. – 1981. –V.52. -№12. –P.7136-7142.

6. Механическая спектроскопия металлических материалов // Блантер М.С., Головин И. С., Головин С. А. и др. – М.: МИА, 1994. – 256 с.