Атермическое разупрочнение меди

В работе проведено изучение влияния технологических параметров прокатки на ЯАР. С целью изучения влияния технологических смазок на проявление атермического разупрочнения  при холодной прокатке образцы с  переменным суммарным обжатием из сплавов  на основе меди прокатывали с применением технологических смазок и без смазки. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что применение технологических смазок при холодной прокатке полос не приводит к смещению областей деформации, в которых проявляется атермическое разупрочнение, и не оказывает влияния на интенсивность изменения механических свойств в этих областях.

Для исследования влияния  дробности деформации на ЯАР образцы  из сплавов на основе меди с необходимыми суммарными обжатиями получали за разное число проходов — от 1 до 50. Измерение механических свойств (Нμ, HV, HRB) проводили с поверхности, перпендикулярной направлению прокатки. Причем для устранения влияния неравномерности деформации, производили усреднение свойств по всему сечению образцов. Результаты исследования показывают, что изменение дробности деформации не приводит к смещению областей проявления ЯАР. Однако интенсивность изменения свойств в этих областях при увеличении дробности деформации возрастает.

Местоположение областей проявления ЯАР, определенных при измерении механических свойств отдельно в поверхности и центральных слоях образцов, неодинаково в зависимости от дробности деформации. При прокатке за один проход немонотонное изменение свойств в центральных слоях обнаруживается при меньших степенях деформации, чем оно наблюдается в поверхностных слоях. А при дробной деформации, наоборот, немонотонное изменение свойств в центральных слоях обнаруживается при больших степенях деформации и наблюдается в поверхностных слоях. Это объясняется неравномерностью распределения деформации по высоте сечения в зависимости от дробности деформации.

При производстве холоднокатаных полос и лент из этих сплавов предусматривают промежуточные рекристаллизационные отжиги, число которых определяется конкретными условиями производства. Известно, что структура и механические свойства металла, сформировавшиеся в процессе холодной деформации, оказывают влияние на структуру и свойства металла после рекристаллизационного отжига. Следовательно, исследование влияния промежуточного и окончательного рекристаллизационного отжигов на протекание ЯАР в указанных сплавах представляет собой не только научный, но и практический интерес.

Образцы сплава Л63, прокатанные  с различными суммарными обжатиями, подвергли рекристаллизационному отжигу в электропечи при температуре 620 — 640 °С в течение 2 ч. Анализ зависимости результатов измерения механических свойств отожженных полос от степени предварительной деформации показывает аномальные изменения этих свойств при степенях деформации равных критическим. Величина областей немонотонного изменения твердости и микротвердости от степени деформации приблизительно соответствует величине этих областей, полученных при холодной прокатке. Однако, изменение величины твердости (HRB, HV) и микротвердости в этих областях отличается от ранее полученных данных. Значения величин твердости и микротвердости при критических степенях деформации образуют максимумы, а не минимумы, как это было ранее .

Увеличение структурной  неоднородности приводит к повышению  нестабильности механических свойств  при данных обжатиях. Полученные результаты позволяют сделать вывод о  том, что неоднородность структуры  и механи- ческих свойств, сформировавшаяся в процессе холодной прокатки в областях проявления ЯАР, наследуется и в рекристаллизованном состоянии.

Для исследования влияния  промежуточного рекристалли-зационного отжига при холодной прокатке цветных металлов и сплавов на положение областей проявления ЯАР горячекатаные полосы латуни Л63 размером 6,0 х 300 х 2000 мм подвергали предварительной холодной прокатке с величиной суммарной степени деформации 25; 30; 40; 50; 60 %. Рекристаллизационный отжиг полученных полос проводили в электропечи при 620 — 640 °С в течение 2 ч. Прокатку отожженных полос вели на двухвалковом стане 450x800 мм Балхашского завода ОЦМ ПО «Балхаш-медь» при комнатной температуре без натяжения и без применения технологических смазок. Для построения одной экспериментальной точки на графике испытывали 9-11 образцов. Исследование структуры и механических свойств полученных образцов проводили по вышеизложенной методике.

Полученные зависимости  позволяют сделать вывод о  том, что проявление ЯАР при дальнейшей холодной прокатке наблюдается при тех же значениях суммарной степени деформации, что были определены ранее. Величина областей проявления ЯАР и интенсивность изменения свойств в этих областях не зависит от величины холодной деформации, осуществленной перед промежуточным рекристаллизационным отжигом.

С целью определения влияния  температурно-скоростных параметров холодной прокатки на проявление ЯАР в промышленных условиях на комбинированном стане 630 — 160/630 х 630 мм осуществляли прокатку двух крупненных рулонов сплава БрОЦ4-3 с применением эмульсии на основе пасты СП-3. Горячекатаные полосы размером 12 х 330 х 5000 — 6000 мм фрезеровали до толщины 11 мм, прокатывали в режиме полосовой прокатки до толщины 4 мм, сворачивали в рулоны, которые на сварочной машине сваривали в рулоны массой до 1,5 т (9 сварных швов) и отжигали в кол-паковых печах СГЗ. Далее рулоны подавали на холодную прокатку на четы-рехвалковой кассете в режиме рулонной прокатки, где была осуществлена холодная деформация полос от 0 до 90% с варьированием степени обжатия по длине полос с шагом 2 — 5 %. После прокатки на линии травления была осуществлена поперечная разрезка рулонов и произведен отбор заготовок, испытавших различную степень холодной деформации. Из отобранных заготовок были изготовлены образцы для испытаний механических характеристик: σ_0,2, σ_в, 8, HRB, HV, Н₁₀₀ и проведения рентгенострук-турного анализа.

При прокатке опытных рулонов  фиксировали температуру полосы, усилие и скорость прокатки. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в очаге деформации температура  металла составляет 100 — 170 °С, а на расстоянии 790 мм от линии центров  валков 40 — 115 °С, уси- лие прокатки при  этом изменялось в пределах 075 — 1,4 МН, а скорость прокатки 0,3 — 2,5 м/с (рис. 5.14, 5.15).

Зависимости механических свойств полос сплава БрОЦ4-3 от величины деформации при холодной прокатке представлены на рис. 4,5. Полученные данные свидетельствуют о том, что для данного сплава существуют четыре области суммарных относительных обжатий, при которых происходит аномальное изменение свойств с ростом суммарной относительной степени деформации при холодной прокатке.

Рисунок 4 – Зависимость  механических свойств (1) и их дисперсий (2) от суммарного относительного обжатия  при холодной прокатке сплава БрОЦ4-3.

Рисунок 5 – Зависимость  механических свойств (1) и их дисперсий (2) от суммарного относительного обжатия  при холодной прокатке сплава БрОЦ4-3.

 

Рентгеноструктурным анализом зафиксированы существенные различия в строении кристаллов до и после пластической деформации.

В результате наклепа наблюдается  расширение дифракционных линий  и изменение интегральной интенсивности линий с различными углами отражения. Расширение линий связано с остаточными упругими напряжениями, неоднородно изменяющими постоянную решетки.

 Итак, исследование, выполненное  в промышленных условиях, подтвердило,  что температурные условия в  очаге деформации (температура ниже температуры рекристаллизации) не влияют на проявления атермического разупрочнения и результаты лабораторных экспериментов могут быть прямо перенесены в промышленное производство.

На основании обобщений  результатов лабораторных и промышленных исследований изменения механических характеристик сплавов на основе меди, никеля и алюминия в табл. 2 приведены интервалы областей относительных обжатий немонотонного изменения свойств при холодной прокатке.

Таблица 2 – Относительные  обжатия для немонотонного изменения  свойств сплава при холодной прокатке

Сплав	Обжатия, %, в областях атермического  разупрочнения
	I	II	III	IV	V
М1	35-43	56-65	70-76	85-90	-
Л90	34-41	51-59	72-81	88-94	-
Л80	30-38	48-57	6575	82-88	-
Л72	17-22	28-38	46-57	68-76	86-90
Л63	27-38	49-58	70-78	82-88	-
ЛС59-1	18-25	32-38	52-58	-	-
Л090-1	16-23	35-44	54-64	73-83	88-93
БрОФ6,5-0,15	26-35	49-57	68-75	82-92	-
БрКМц3-1	27-36	49-58	70-78	86-92	-
БрОЦС4-4-2,5	10-22	33-42	51-55	-	-
БрБ2	35-45	48-55	60-65	75-78	-
БрАМц9-2	17-32	37-47	50-65	70-75	-
МНЦ15-20	31-42	50-61	69-76	86-95	-
МН19	23-31	48-58	68-76	-	-
НМЖМц28-2,5-1,%	22-33	37-55	67-80	87-93	-
БрОЦ4-3	18-24	37-48	59-66	76-86	-

Исследования свидетельствуют , что протекание атермического разупрочнения  в сплавах на основе меди, никеля и алюминия оказывает существенное влияние на структуру, величину и  стабильность свойств деформированного и отожженного сплава. Это позволяет  сделать вывод о том, что при  разработке режимов холодной деформации сплавов величину суммарного обжатия  целесообразно выбирать таким образом, чтобы она не соответствовала  областям проявления атермического  разупрочнения.

 

5.  Стабилизация механических свойств холоднокатаной продукции.

 

Одним из основных показателей качества холоднокатаной листовой продукции является величина и стабильность механических свойств. В настоящее время в литературе нет четких рекомендаций по выбору рациональных (с точки зрения качества полос) режимов холодной прокатки, имеется только ряд результатов разрозненных исследований по вопросу выбора оптимальной величины суммарного обжатия при холодной прокатке, в которых не учитывается ЯАР, приводящее к возрастанию нестабильности механических свойств прокатываемых материалов.

Полученные из опыта механические характеристики дают оценку физическим свойствам металлов только с определенной степенью точности и надежности, зависящей  от многих факторов.

Величина механических свойств  может изменяться при повторных  испытаниях образцов в идентичных условиях, что обусловливается микро- и  макронеоднородностью материала. Повысить точность оценки свойств полос и  лент можно путем применения статистической обработки результатов механических испытаний, которая позволяет определить механические свойства материала с  заданной точностью и надежностью.

Эффективным средством использования  ЯАР в практике холодной прокатки является получение материалов с  регламентированными свойствами и  структурой, так как в областях немонотонного изменения свойств  как деформированных, так и оттоженных материалов. В последнее время  у потребителей проката из медных сплавов возрастает потребность  в получении металлопродукции с  заданными свойствами и структурой по всему объему изделия.  Поэтому  нередко пренебрежение ЯАР, даже при условии применения самых  совершенных технологических схем и современного оборудования, не позволяет  получать продукцию со стабильными  механическими свойствами.

Рассмотрим принцип использования  ЯАР на примере сплава БрОЦ4-3. В  качестве прототипа используется один из многих вариантов технологии производства холоднокатаных полос сплава БрОЦ4-3 на одном из заводов ОЦМ размером 0,3х100 мм в мягком состоянии, который  заключается в следующем. Горячекатаную заготовку после фрезерования толщиной 11,0 мм прокатывали на стане холодной прокатки на две стадии с применением промежуточного и окончательного отжигов. Первую холодную прокатку до промежуточного осуществляли с 11,0 на 4,0 мм с относительной суммарной степенью деформации 64%, а после отжига с 4,0 на 0,8 мм – 80%. Недостатком этой технологии является то, что в холоднокатаной продукции, изготовленной таким образом, наблюдается большой разброс механических свойств. Это приводит к тому, что отдельные значения механических свойств выходят за границы интервала механических свойств, который устанавливает ГОСТ 1761-79 для готовой продукции, и что, как следствие, приводит к увеличению брака по механическим свойствам. Кроме того, большой разброс значений механических свойств отрицательно сказывается на качестве продукции машиностроительных заводов, где детали из сплава БрОЦ4-4 получают, как правило, методом штамповки из холоднокатаной ленты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Райков Ю.Н. Обработка меди. М.: ОАО Цветметобработка. 2006 г. 448 с.
2. Смирягин А.П., Смирягина Н.А., Белова А.В. Промышленные цветные металлы и сплавы. М.: Металлургия. 1974 г. 488с.
3. Ghines F. And Wray P. – Trans. ASM, 1961. v.54 p.17-128.
4. Cohen E. – Zeits. Phys. Chenr., 1914, Bd. 87, No 4, S. 419; 1915, Bd 89, S. 638/
5. Менделеев Д.И. Основы химии. СПб., 1903, с.145.
6. Verrier Le Compt. – Sci Acad. Paris, 1878, v. 86, p. 1397/
7. Кочнев М.И. О соответствии температур аномального изменения свойств меди и ее соединений и сплавов. – Изв. АН СССР. Отн. 1956, №12 с. 138-143.
8. Постников В.С. Внутреннее трение и модуль сдвига чистой меди и бериллиевой бронзы. – Докл. АН СССР, 1953, т.91, №1, с. 121-125.
9. Боязитов М.И., Главковский В.А. Кочков В.Е. Влияние наклепа на внутреннее трение электротехнической меди. – Сб.н.-т. Трудов НИИчермета, 1961, в.3, с. 189-194.
10. Григорович В.К. Периодический закон Менделеева и электронное строение атомов. М.: 1966. 381с.
11. Donald A., Mc-Carty M. Isotopic alloys and articles thtreof. – USPO, Patented. Mar. 1996. v.239. No 3. P. 333-338.
12. Выдрин В.Н., Гольдштейн В.Я., Агеев Л.М. и др. Об особенностях формирования структуры стали Х18Н10Т при деформации способом прокатка – волочение. – Известия АН СССР. Металлы, 1976, № 4, с. 88-92.
13. Адамс К., Биз Д. Эмпирические выражения, описывающие деформационное упрочнение металлов при умеренных деформациях. – В кН.: Теоретические основы инженерных расчетов. М.: Мир, 1974, № 2, с 45-48.
14. Голубев Г.М. Энергетические показатели прокатки на непрерывном стане. – Сталь, 1952, № 5, с. 424-429.
15. Кроха В.А. О деформационном упрочнении цветных металлов и сплавов. – Известия вузов. Цветная металлургия, 1977, № 6, с.101-104.
16. Roll A., Motz H. Uber instetigkeitendes harteverlaufs Beider Kaltver-formung von Silber//Zeitschrift fur Metallkunde. 1955. № 46. S. 872-877.
17. Вишняков Я.Д. Современные методы исследования структуры деформированных кристаллов. – М.: Металлургия, 1975 – 480 с.
18. Потемкин В.К., Бочаров В.Ф., Провидохин Б.И. и др. Статистическое исследование влияния суммарного обжатия при холодной прокатке на качественные показатели листа//Пластическая деформация металлов и сплавов: Сб. науч.тр./МИСиС. – М.: Металлургия, 1977. Вып. 93. с. 15-17.