Особливості застосування хром-цирконієвих бронз та способи покращення їх властивостей

Анотація

Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна)

УДК 669.35:669.017.13

Надійшла 14.02.2022

Сучасний розвиток машинобудування та електротехніки потребує сплавів, що мали б високу електропровідність і достатні параметри міцності за звичайних умов та при підвищених температурах, що пов’язано з особливостями експлуатації. Виробництво таких матеріалів та виробів з них має бути простим і дешевим, що пов’язано з великими об’ємами їх споживання. Механічні характеристики чистої та малолегованої міді є посередніми, проте шляхом легування її хромом та цирконієм можна сильно підвищити міцність при збереженні електропровідності понад 80 % від електропровідності чистої міді. Термічна обробка бронз призводить до виділення дисперсних частинок з низькою розчинністю в матричному металі при підвищених температурах з наступним дисперсійним твердненням. Саме це забезпечує високу електропровідність таких бронз. Показано, що застосування в якості легуючих елементів більшості інших металів є економічно менше доцільним або ж призводить до значної втрати електропровідності. В роботі розглядається вплив різних типів зміцнення сплавів систем Cu−Cr та Cu−Cr−Zr на електропровідність, їх механічні та експлуатаційні властивості. Наведено дослідження, які характеризують вплив на характеристики сплавів різних типів деформації, термомеханічної та термічної обробки. Вказано властивості Cu−Cr−Zr бронзи БрХЦр, у тому числі в різних технологічних станах, як одного з найбільш поширених сплавів цієї системи. На основі аналізу інформації зроблено висновок, що додаткове підвищення експлуатаційних властивостей даного типу сплавів можливе при мікролегуванні нерозчинними компонентами – V, Mo, W, Nb, Hf.

Список літератури

 1 Шаньгина Д. В. Структура и свойства ультрамелкозернистых Cu–Cr сплавов после сдвига под давлением. Сборник материалов VII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико–химия и технология неорганических материалов». Москва: ИМЕТ РАН, 2010. С. 78–80.
 2 Осинцев О. Е., Федоров В. Н. Медь и медные сплавы. Москва: Машиностроение, 2004. 336 с.
 3 Николаев А. К., Костин С. А. Медь и жаропрочные медные сплавы: [энцикл. терминолог. слов.: фундаментальный справочник]. Москва: ДПК Пресс, 2012. 715 с.
 4 Колачев Б. А., Елагин В. Н., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. Москва: МИСиС, 2001. 416 с.
 5 Straffelini G. Dry sliding wear of Cu-Be alloys. Wear. 2005. № 6. рр. 506–511. Колачев Б. А., Елагин В. Н., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. Москва: МИСиС, 2001. 416 с.
 6 Lerner J., McMahon Jr C. J. The effect of precipitation hardening on the Hg-induced embrittlement of a Cu–Be alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2002. Vol. 336, № 1-2. P.72–74.
 7 Tian W. Effect of Zr on as-cast microstructure and properties of Cu-Cr alloy. Vacuum. 2018. № 149. рр. 238–247.
 8 Ревина Н. И. и др. Исследование свойств малолегированных сплавов системы медьхром-цирконий. Изд. вузов. Цветная металлургия. 1978. № 6. С.108–110.
 9 Хомская И. В. и др. Исследование структуры, физико–механических свойств и термической стабильности наноструктурированных меди и бронзы, полученных методом ДКУП. Письма о материалах. 2013. Т. 3. С.150–154.
 10 Мелѐхин Н. В., Чувильдеев В. Н. Влияние равноканально–углового прессования на процесс выделения частиц в сплаве Cu–Cr–Zr. Физика твѐрдого тела. Вестник Нижегородского университета им. Лобачевского. 2011. № 5. С.55–61.
 11 Шаньгина Д. В. Структура и свойства нано- и субмикрокристаллических Cu–Cr медных сплавов с содержанием хрома 0,75–27 %. Тезисы конференции «66–е Дни науки студентов МИСиС». Москва: МИСиС. 2011. С.43.
 12 Шаньгина Д. В. Влияние легирования гафнием на термическую стабильность хро- мистой бронзы после интенсивной пластической деформации: Сборник материалов VIII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов
«Физико–химия и технология неорганических материалов». Москва: ИМЕТ РАН. 2011. С. 678–880.
 13 Stobrawa J., Ciura L., Rdzawski Z. Rapidly solidified strips of Cu-Cr alloys. Scr. Mater. 1996. Vol. 34, № 11. рр. 1759–1763.
 14 Zhilyaev A. P. Wear resistance and electroconductivity in copper processed by severe plastic deformation. Wear. 2013. Vol. 305, № 1-2. рр. 89–99.
 15 Розенберг В. М., Дзуцев В. Т. Диаграммы изотермического распада в сплавах на основе меди: [справочник]. Москва: Металлургия, 1989. 326 с.
 16 Николаев А. К., Новиков А. И., Розенберг В. М. Хромовые бронзы. Москва: Металлургия, 1983. 175 с.
 17 Wei K. X. Microstructure, mechanical properties and electrical conductivity of industrial Cu-0.5%Cr alloy processed by severe plastic deformation. Mater. Sci. Eng. A. 2011. Vol. 528, № 3. рр. 1478–1484.
18 Wang N. The thermodynamic re-assessment of the Cu-Zr system. Calphad Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 2006. Vol. 30, № 4. рр. 461–469.
19 Mishnev R. Deformation microstructures, strengthening mechanisms, and electrical conductivity in a Cu-Cr-Zr alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 629. рр. 29–40.
20 Kato M. Hall-Petch Relationship and Dislocation Model for Deformation of Ultrafine- Grained and Nanocrystalline Metals. Mater. Trans. 2014. Vol. 55, № 1. рр. 19–24.
21 Malopheyev S., Kulitskiy V., Kaibyshev R. Deformation structures and strengthening mechanisms in an Al-Mg-Sc-Zr alloy. J. Alloys Compd. 2017. Vol. 698. рр. 957–966.
22 Hansen N. Boundary strengthening in undeformed and deformed polycrystals. Mater. Sci. Eng. A. 2005. Vol. 409, № 1-2. рр. 39–45.
23 Hansen N. Hall-petch relation and boundary strengthening. Scr. Mater. 2004. Vol. 51, № 8. рр. 801–806.
24 Beladi H., Cizek P., Hodgson P. D. On the characteristics of substructure development through dynami recrystallization. Acta Mater. A. 2010. Vol. 58, № 9. рр. 3531–3541.
25 Purcek G. Influence of high-pressure torsion-induced grain refinement and subsequent aging on tribological properties of Cu-Cr-Zr alloy. J. Alloys Compd. 2018. Vol. 742. рр. 325–333.
26 Mu S.G. Study on microstructure and properties of aged Cu-Cr-Zr-Mg-RE alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 475, № 1-2. рр. 235–240.
27 Семенов В. И. и др. Трибологические свойства технически чистой меди с различной микроструктурой в контакте с графитсодержащим материалом. Трение и износ. 2015. Т. 36, № 2. С. 154–160.