Влияние кристаллографической текстуры на прочность и электропроводность ультрамелкозернистой меди

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Работа посвящена исследованию влияния равноканального углового прессования (РКУП) на структуру, кристаллографическую текстуру, механические свойства и электропроводность меди марки М1 (иностранный аналог – Cu-ETP), а также зависимости этих характеристик от ориентации направления измерения относительно поперечного сечения (от −45 до 90°). Исследованы удельная электропроводность и прочностные характеристики материала в состоянии поставки (горячекатаного) и влияние отжига при температуре 450 °C исходного образца. Проведены механические испытания на одноосное растяжение, исследование микротвердости по методу Виккерса и исследование удельной электропроводности, основанное на измерении параметров вихревого поля, возбуждаемого в поверхностных слоях тела. Установлено, что обработка РКУП приводит к значительному увеличению предела прочности до 425 МПа по сравнению с исходным состоянием 300 МПа. Максимальный предел прочности 425 МПа достигается при углах ориентаций относительно поперечного сечения РКУП −45°. Существенный разброс в повышении микротвердости до значений 1364–1405 МПа, предела прочности до 350–425 МПа и электропроводности до 101,4–102,4 % IACS является следствием выбранных направлений вырезки образцов относительно оси РКУП. Это свидетельствует о зависимости не только механических, но и электрических свойств ультрамелкозернистых образцов от ориентации кристаллографической текстуры. Наиболее оптимальной кристаллографической ориентировкой обладает образец меди марки М1, подвергнутый РКУП с углом реза, отступающим от поперечного сечения РКУП образца на 7,5°. В данном случае значения микротвердости и электропроводности достигали 1405 МПа и 102,4 % IACS соответственно.

Об авторах

Данила Владимирович Таров

Уфимский университет науки и технологий

Автор, ответственный за переписку.
Email: tarovdv@gmail.com

студент кафедры материаловедения и физики металлов

Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Константин Михайлович Нестеров

Уфимский университет науки и технологий

Email: kmnesterov@mail.ru

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры материаловедения и физики металлов

Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Ринат Кадыханович Исламгалиев

Уфимский университет науки и технологий

Email: rinatis@mail.ru

доктор физико-математических наук, профессор кафедры материаловедения и физики металлов

Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Елена Александровна Корзникова

Уфимский университет науки и технологий

Email: elena.a.korznikova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5975-4849

доктор физико-математических наук, профессор кафедры материаловедения и физики металлов

Россия, 450076, Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Список литературы

  1. Murashkin M.Y., Sabirov I., Sauvage X., Valiev R.Z. Nanostructured Al and Cu alloys with superior strength and electrical conductivity // Journal of Materials Science. 2016. Vol. 51. P. 33–49. doi: 10.1007/s10853-015-9354-9.
  2. Fu Qianqian, Li Bing, Gao Minqiang, Fu Ying, Yu Rongzhou, Wang Changfeng, Guan Renguo. Quantitative mechanisms behind the high strength and electrical conductivity of Cu-Te alloy manufactured by continuous extrusion // Journal of Materials Science & Technology. 2022. Vol. 121. P. 9–18. doi: 10.1016/j.jmst.2021.12.046.
  3. Fan G.J., Choo H., Liaw P.K., Lavernia E.J. Plastic deformation and fracture of ultrafine-grained Al–Mg alloys with a bimodal grain size distribution // Acta Materialia. 2006. Vol. 54. № 7. P. 1759–1766. doi: 10.1016/j.actamat.2005.11.044.
  4. Cui Lang, Shao Shengmin, Wang Haitao, Zhang Guoqing, Zhao Zejia, Zhao Chunyang. Recent Advances in the Equal Channel Angular Pressing of Metallic Materials // Processes. 2022. Vol. 10. № 11. Article number 2181. doi: 10.3390/pr10112181.
  5. Mao Qingzhong, Zhang Yusheng, Guo Yazhou, Zhao Yonghao. Enhanced electrical conductivity and mechanical properties in thermally stable fine-grained copper wire // Communications Materials. 2021. № 2. Article number 46. doi: 10.1038/s43246-021-00150-1.
  6. Damavandi E., Nourouzi S., Rabiee S.M., Jamaati R., Szpunar J.A. Effect of route BC-ECAP on microstructural evolution and mechanical properties of Al–Si–Cu alloy // Journal of Materials Science. 2021. Vol. 56. P. 3535–3550. doi: 10.1007/s10853-020-05479-5.
  7. Beyerlein I.J., Toth L.S. Texture evolution in equal-channel angular extrusion // Progress in Materials Science. 2009. Vol. 54. № 4. P. 427–510. doi: 10.1016/j.pmatsci.2009.01.001.
  8. Alateyah A.I., Ahmed M.M.Z., Zedan Y., El-Hafez H.A., Alawad M.O., El-Garaihy W.H. Experimental and Numerical Investigation of the ECAP Processed Copper: Microstructural Evolution, Crystallographic Texture and Hardness Homogeneity // Metals. 2021. Vol. 11. № 4. Article number 607. doi: 10.3390/met11040607.
  9. Chen Jianqing, Su Yehan, Zhang Qiyu, Sun Jiapeng, Yang Donghui, Jiang Jinghua, Song Dan, Ma Aibin. Enhancement of strength-ductility synergy in ultrafine-grained Cu-Zn alloy prepared by ECAP and subsequent annealing // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 17. № 2. P. 433–440. doi: 10.1016/j.jmrt.2022.01.026.
  10. Wang Y.M., Ma E. Three strategies to achieve uniform tensile deformation in a nanostructured metal // Acta Materialia. 2004. Vol. 52. № 6. P. 1699–1709. doi: 10.1016/j.actamat.2003.12.022.
  11. Zhao Yong-Hao, Bingert J.F., Liao Xiao-Zhou et al. Simultaneously increasing the ductility and strength of ultrafine-grained pure copper // Advanced Materials. 2006. Vol. 18. № 22. P. 2949–2953. doi: 10.1002/adma.200601472.
  12. Sanders P.G., Eastman J.A., Weertman J.R. Elastic and tensile behavior of nanocrystalline copper and palladium // Acta Materialia. 1997. Vol. 45. № 10. P. 4019–4025. doi: 10.1016/S1359-6454(97)00092-X.
  13. Fu H.H., Benson D.J., Meyers M.A. Analytical and computational description of effect of grain size on yield stress of metals // Acta Materialia. 2001. Vol. 49. № 13. P. 2567–2582. doi: 10.1016/S1359-6454(01)00062-3.
  14. Lu Lei, Shen Yongfeng, Chen Xianhua, Qian Lihua, Lu K. Ultrahigh strength and high electrical conductivity in copper // Science. 2004. Vol. 304. № 5669. P. 422–426. doi: 10.1126/science.1092905.
  15. Islamgaliev R.K., Nesterov K.M., Bourgon J., Champion Y., Valiev R.Z. Nanostructured Cu-Cr alloy with high strength and electrical conductivity // Journal of Applied Physics. 2014. Vol. 115. № 19. Article number 194301. doi: 10.1063/1.4874655.
  16. Dalla Torre F., Lapovok R., Sandlin J., Thomson P.F., Davies C.H.J., Pereloma E.V. Microstructures and properties of copper processed by equal channel extrusion for 1-16 passes // Acta Materialia. 2004. Vol. 52. № 16. P. 4819–4832. doi: 10.1016/j.actamat.2004.06.040.
  17. Sarada B.V., Pavithra Ch.L.P., Ramakrishna M., Rao T.N., Sundararajan G. Highly (111) textured copper foils with high hardness and high electrical conductivity by pulse reverse electrodeposition // Electrochemical and Solid-State Letters. 2010. Vol. 13. № 6. P. D40–D42. doi: 10.1149/1.3358145.
  18. Takata N., Lee Seong-Hee, Tsuji N. Ultrafine grained copper alloy sheets having both high strength and high electric conductivity // Materials Letters. 2009. Vol. 63. № 21. P. 1757–1760. doi: 10.1016/j.matlet.2009.05.021.
  19. Hanazaki K., Shigeiri N., Tsuji N. Change in microstructures and mechanical properties during deep wire drawing of copper // Materials Science and Engineering: A. 2010. Vol. 527. № 21-22. P. 5699–5707. doi: 10.1016/j.msea.2010.05.057.
  20. Skrotzki W., Tränkner C., Chulist R., Beausir B., Suwas S., Tóth L.S. Texture heterogeneity in ECAP deformed copper // Solid State Phenomena. 2010. Vol. 160. P. 47–54. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/SSP.160.47' target='_blank'>www.scientific.net/SSP.160.47.
  21. Guo Tingbiao, Wei Shiru, Wang Chen, Li Qi, Jia Zhi. Texture evolution and strengthening mechanism of single crystal copper during ECAP // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 759. P. 97–104. doi: 10.1016/j.msea.2019.05.042.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Таров Д.В., Нестеров К.М., Исламгалиев Р.К., Корзникова Е.А., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах