Найден способ повысить прочность латуни без потери её ключевых эксплуатационных свойств
Исследователи Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН изучили, как ротационная ковка и последующий отжиг изменяют структуру и механические свойства двухфазной латуни Cu–35,8%Zn. Полученные результаты позволяют управлять сочетанием прочности, пластичности и усталостной выносливости материала. Исследование опубликовано в международном научном журнале Materials (MDPI), в разделе Metals and Alloys.
Латуни на основе меди и цинка широко применяются в машиностроении, судостроении, автомобильной и электротехнической промышленности, строительстве и производстве потребительских изделий. Их востребованность связана с сочетанием технологичности, коррозионной стойкости и хорошей тепло- и электропроводности. При этом для современных конструкций всё более важными становятся высокая прочность и устойчивость материала к циклическим нагрузкам.
Сотрудники ИМЕТ РАН совместно с исследователем Белгородского государственного национального исследовательского университета изучили возможности улучшения характеристик латуни Cu–35,8%Zn с помощью ротационной ковки.
Исследователи установили, что после ротационной ковки при комнатной температуре в материале формируется выраженная деформационная структура. Зёрна α- и β′-фаз вытягиваются в направлении деформации, а внутри α-фазы возникают субзёрна размером около 200–300 нм, полосы сдвига шириной 100–200 нм и деформационные двойники шириной всего 10–30 нм. Такие изменения микроструктуры существенно повышают прочность латуни. Предел текучести материала увеличился с 93 ± 4 до 717 ± 6 МПа, а временное сопротивление разрыву с 332 ± 2 до 744 ± 19 МПа.
Одновременно усталостная выносливость повысилась с 240 до 415 МПа. Однако повышение прочности сопровождается снижением пластичности: относительное удлинение уменьшилось с 71,0 ± 2,0 % до 10,3 ± 1,7 %. Поэтому следующим этапом исследования стал отжиг деформированной латуни при температуре 350 °C.
Термическая обработка запускает рекристаллизацию α-фазы, формирование новых, относительно равноосных зёрен. После отжига их размер составил около 2,2–3,6 мкм. В результате временное сопротивление разрыву снизилось до 462–466 МПа, однако пластичность существенно восстановилась и достигла 44–45%. При увеличении продолжительности отжига до четырёх часов дальнейшего заметного изменения прочности и пластичности не наблюдалось.
Таким образом, работа показывает возможность управляемого изменения комплекса механических характеристик латуни за счёт сочетания деформационной и термической обработок.
Ротационная ковка позволяет значительно увеличить прочность и усталостную выносливость материала, тогда как последующий отжиг обеспечивает частичное восстановление пластичности.
«Мы считаем, что важность полученных результатов заключается прежде всего в создании научно обоснованной базы для целенаправленного управления свойствами латуней, а не в простой фиксации отдельных характеристик. Они позволяют понять, как микроструктурные механизмы можно использовать для повышения надёжности и долговечности ответственных изделий в реальных условиях эксплуатации. Практическая ценность работы связана с тем, что предложенный подход совместим с существующими технологиями обработки и может быть масштабирован для промышленного производства. Кроме того, эти данные открывают новые направления для дальнейших исследований интенсивной пластической деформации и термической обработки цветных сплавов», — отмечает Наталья Мартыненко, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории № 10.
Результаты работы расширяют представления о закономерностях формирования структуры двухфазных латуней при интенсивной пластической деформации и могут быть использованы при разработке режимов обработки медных сплавов для изделий, работающих в условиях повышенных механических и циклических нагрузок.
Источник: пресс-служба ИМЕТ РАН.
