Влияние ротационной ковки и последующего отжига на структуру и механические свойства однофазной латуни Л68

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Медные сплавы на основе системы Cu–Zn, в частности латунь Л68, являются перспективными конструкционными материалами. Однако для повышения их надежности и расширения области применения необходимо повышать их прочностные характеристики. В работе изучалось влияние комбинации ротационной ковки (РК) и последующего отжига на структуру, прочность и пластичность латуни Л68. Для этого проведены исследования микроструктуры сплава в закаленном и деформированном состояниях, механические испытания на одноосное растяжение, исследование твердости по методу Бринелля, а также оценка структурно-фазовых переходов методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Установлено, что в процессе РК происходит формирование не только вытянутых вдоль направления деформации зерен α-фазы, но и ультрамелкозернистой структуры внутри них, состоящей из субзерен, двойников деформации и полос сдвига. Последующий отжиг при 450 °C приводит к росту размера зерна до 3–5 мкм за счет протекания статической рекристаллизации. После РК наблюдается рост условного предела текучести (σ0,2) и предела прочности (σB) в ~10 и ~3,5 раза соответственно при снижении значения относительного удлинения более чем в 6 раз. Последующий отжиг при 450 °C, вызвавший формирование рекристаллизованной структуры, привел к снижению прочностных характеристик латуни Л68 относительно деформированного состояния при одновременном росте значения относительного удлинения по сравнению как с деформированным, так и с исходным состоянием сплава. Однако стоит отметить, что σ0,2 и σB латуни Л68 после РК и последующего отжига при 450 °C превышают значения для закаленного сплава в среднем в ~2,5 и в ~1,7 раза соответственно и превышают значения, регламентированные ГОСТ 494-90, ГОСТ 1066-2015, ГОСТ 931-90 и ГОСТ 5362-78.

Об авторах

Элеонора Ивановна Чистюхина

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН;
Университет науки и технологий МИСИС

Автор, ответственный за переписку.
Email: e.chistyuhina@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-2192-3246

инженер-исследователь лаборатории металловедения цветных и легких металлов им. академика А.А. Бочвара, магистрант кафедры металловедения и физики прочности

Россия, 119334, Россия, г. Москва, Ленинский пр-т, 49; 119049, Россия, г. Москва, Ленинский пр-т, 4

Наталья Сергеевна Мартыненко

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: nata_roug@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1662-1904

кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории металловедения цветных и легких металлов им. академика А.А. Бочвара.

Россия, 119334, Россия, г. Москва, Ленинский пр-т, 49

Ольга Владиславовна Рыбальченко

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: rybalch@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0403-0800

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории металловедения цветных и легких металлов им. академика А.А. Бочвара

Россия, 119334, Россия, г. Москва, Ленинский пр-т, 49

Иван Сергеевич Никитин

Белгородский государственный национальный исследовательский университет

Email: nikitin_i@bsuedu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5417-9857

кандидат технических наук, младший научный сотрудник лаборатории механических свойств наноструктурных и жаропрочных материалов

Россия, 308015, Россия, г. Белгород, ул. Победы, 85

Елена Александровна Лукьянова

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: helenelukyanova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7122-6427

кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории металловедения цветных и легких металлов им. академика А.А. Бочвара

Россия, 119334, Россия, г. Москва, Ленинский пр-т, 49

Артем Дмитриевич Горбенко

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: artemgorbenk@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3357-4049

инженер-исследователь лаборатории прочности и пластичности металлических и композиционных материалов и наноматериалов

Россия, 119334, Россия, г. Москва, Ленинский пр-т, 49

Диана Ривовна Темралиева

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: diana4-64@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8392-7826

инженер-исследователь лаборатории металловедения цветных и легких металлов им. академика А.А. Бочвара

Россия, 119334, Россия, г. Москва, Ленинский пр-т, 49

Петр Борисович Страумал

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: straumal.peter@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6192-5304

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории металловедения цветных и легких металлов им. академика А.А. Бочвара

Россия, 119334, Россия, г. Москва, Ленинский пр-т, 49

Владимир Александрович Андреев

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vandreev@imet.ac.ru
ORCID iD: 0000-0003-3937-1952

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории пластической деформации металлических материалов

Россия, 119334, Россия, г. Москва, Ленинский пр-т, 49

Сергей Владимирович Добаткин

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: dobatkin.sergey@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4232-927X

доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией металловедения цветных и легких металлов им. академика А.А. Бочвара

Россия, 119334, Россия, г. Москва, Ленинский пр-т, 49

Список литературы

  1. Yang Kuo, Wang Yihan, Guo Mingxing, Wang Hu, Mo Yongda, Dong Xueguang, Lou Huafen. Recent development of advanced precipitation-strengthened Cu alloys with high strength and conductivity: a review // Progress in Materials Science. 2023. Vol. 138. Article number 101141. doi: 10.1016/j.pmatsci.2023.101141.
  2. Mousavi S.E., Sonboli A., Naghshehkesh N., Meratian M., Salehi A., Sanayei M. Different behavior of alpha and beta phases in a Low Stacking Fault Energy copper alloy under severe plastic deformation // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 788. Article number 139550. doi: 10.1016/j.msea.2020.139550.
  3. Imai H., Li S., Atsumi H., Kosaka Y., Kojima A., Umeda J., Kondoh K. Mechanical Properties and Machinability of Extruded Cu-40% Zn Brass Alloy with Bismuth via Powder Metallurgy Process // Transactions of JWRI. 2009. Vol. 38. № 1. P. 25–30. doi: 10.18910/5502.
  4. Basori I., Gadhu R., Sofyan B.T. Effects of deformation and annealing temperature on the microstructures and mechanical properties of Cu-32% Zn Brass // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Vol. 11. № 4. P. 2741–2745. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/KEM.748.218' target='_blank'>www.scientific.net/KEM.748.218.
  5. Galai M., Ouassir J., Ebn Touhami M., Nassali H., Benqlilou H., Belhaj T., Berrami K., Mansouri I., Oauki B. α-Brass and (α+β) Brass Degradation Processes in Azrou Soil Medium Used in Plumbing Devices // Journal of Bio-and Tribo-Corrosion. 2017. Vol. 3. № 3. Article number 30. doi: 10.1007/s40735-017-0087-y.
  6. Pelto-Huikko A., Salonen N., Latva M. Dezincification of faucets with different brass alloys // Engineering Failure Analysis. 2025. Vol. 169. Article number 109202. doi: 10.1016/j.engfailanal.2024.109202.
  7. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K., Alexandrov I.V. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation // Progress in materials science. 2000. Vol. 45. № 2. P. 103–189. doi: 10.1016/S0079-6425(99)00007-9.
  8. Vidilli A.L., Machado I.F., Edalati K., Botta W.J., Bolfarini C., Koga G.Y. Wear-resistant ultrafine severely deformed brass (Cu-30Zn) // Materials Letters. 2024. Vol. 377. Article number 137465. doi: 10.1016/j.matlet.2024.137465.
  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. P. 433–440. doi: 10.1016/j.jmrt.2022.01.026.
  10. Shahriyari F., Shaeri M.H., Dashti A., Zarei Z., Noghani M.T., Cho Jae Hyung, Djavanroodi F. Evolution of mechanical properties, microstructure and texture and of various brass alloys processed by multi-directional forging // Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 831. Article number 142149. doi: 10.1016/j.msea.2021.142149.
  11. Radhi H.N., Mohammed M.T. Aljassani A.M.H. Influence of ECAP processing on mechanical and wear properties of brass alloy // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 44. P. 2399–2402. doi: 10.1016/j.matpr.2020.12.461.
  12. Konkova T., Mironov S., Korznikov A., Korznikova G., Myshlyaev M., Semiatin L. A two-step approach for producing an ultrafine-grain structure in Cu–30Zn brass. Materials Letters // Materials Letters. 2015. Vol. 161. P. 1–4. doi: 10.1016/j.matlet.2015.08.025.
  13. Mao Qingzhong, Liu Yanfang, Zhao Yonghao. A review on mechanical properties and microstructure of ultrafine grained metals and alloys processed by rotary swaging // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 896. Article number 163122. doi: 10.1016/j.jallcom.2021.163122.
  14. Naydenkin E.V., Mishin I.P., Zabudchenko O.V., Lykova O.N., Manisheva A.I. Structural-phase state and mechanical properties of β titanium alloy produced by rotary swaging with subsequent aging // Journal of Alloys and Compounds. 2023. Vol. 935. Article number 167973. doi: 10.1016/j.jallcom.2022.167973.
  15. Chuvil’deev V.N., Kopylov V.I., Nokhrin A.V. et al. Enhancement of the Strength and the Corrosion Resistance of a PT-7M Titanium Alloy Using Rotary Forging // Russian Metallurgy (Metally). 2021. Vol. 2021. № 5. P. 600–610. doi: 10.1134/S0036029521050050.
  16. Mao Qingzhong, Wang Long, Nie Jinfeng, Zhao Yonghao. Optimizing strength and electrical conductivity of 6201 aluminum alloy wire through rotary swaging and aging processes // Journal of Materials Processing Technology. 2024. Vol. 331. Article number 118497. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2024.118497.
  17. Дедюлина О.К., Салищев Г.А. Формирование ультрамелкозернистой структуры в среднеуглеродистой стали 40ХГНМ ротационной ковкой и ее влияние на механические свойства // Фундаментальные исследования. 2013. № 1-3. С. 701–706. EDN: PUUIVF.
  18. Martynenko N.S., Bochvar N.R., Rybalchenko O.V., Prosvirnin D.V., Rybalchenko G.V., Kolmakov A.G., Morozov M.M., Yusupov V.S., Dobatkin S.V. Increase in the strength and electrical conductivity of a Cu–0.8 Hf alloy after rotary swaging and subsequent aging // Russian Metallurgy (Metally). 2023. Vol. 2023. № 4. P. 466–474. doi: 10.1134/S0036029523040158.
  19. Martynenko N., Rybalchenko O., Straumal P. et al. Increasing strength and electrical conductivity of Cu-0.77% Cr-0.86% Hf alloy by rotary swaging and subsequent aging // Journal of Materials Science. 2024. Vol. 59. P. 5944–5955. doi: 10.1007/s10853-024-09332-x.
  20. Martynenko N., Rybalchenko O., Bodyakova A., Prosvirnin D., Rybalchenko G., Morozov M., Yusupov V., Dobatkin S. Effect of Rotary Swaging on the Structure, Mechanical Characteristics and Aging Behavior of Cu-0.5%Cr-0.08%Zr Alloy // Materials. 2023. Vol. 16. № 1. Article number 105. doi: 10.3390/ma16010105.
  21. Мартыненко Н.С., Бочвар Н.Р., Рыбальченко О.В., Бодякова А.И., Морозов М.М., Леонова Н.П., Юсупов В.С., Добаткин С.В. Влияние ротационной ковки и последующего старения на структуру и механические свойства сплава Cu-0,5%Cr-0,08%Zr // Металлы. 2022. № 3. С. 56–64. EDN: MQEZDH.
  22. Illarionov A.G., Loginov Y.N., Stepanov S.I., Illarionova S.M., Radaev P.S. Variation of the Structure-and-Phase Condition and Physical and Mechanical Properties of Cold-Deformed Leaded Brass Under Heating // Metal Science and Heat Treatment. 2019. Vol. 61. P. 243–248. doi: 10.1007/s11041-019-00408-z.
  23. Chen Jian, Ma Xiao-guang, Li Jun, Yao Yu-hong, Yan Wen, Fan Xin-hui. New method for analyzing recrystallization kinetics of deformed metal by differential scanning calorimeter // Journal of Central South University. 2015. Vol. 22. P. 849–854. doi: 10.1007/s11771-015-2592-9.
  24. Benchabane G., Boumerzoug Z., Thibon I., Gloriant T. Recrystallization of pure copper investigated by calorimetry and microhardness // Materials Characterization. 2008. Vol. 59. № 10. P. 1425–1428. doi: 10.1016/j.matchar.2008.01.002.
  25. Ситдиков В.Д., Хафизова Э.Д., Поленок М.В. Микроструктура и свойства сплава Zn–1%Li–2%Mg, подвергнутого интенсивной пластической деформации // Frontier Materials & Technologies. 2023. № 2. C. 117–130. doi: 10.18323/2782-4039-2023-2-64-7.
  26. Mao Qingzhong, Wang Long, Nie Jinfeng, Zhao Yonghao. Enhancing strength and electrical conductivity of Cu–Cr composite wire by two-stage rotary swaging and aging treatments // Composites Part B: Engineering. 2022. Vol. 231. Article number 109567. doi: 10.1016/j.compositesb.2021.109567.
  27. Li Xingfu, Li Cong, Sun Lele, Gong Yulan, Pan Hongjiang, Tan Zhilong, Xu Lei, Zhu Xinkun. Enhancing strength-ductility synergy of Cu alloys with heterogeneous microstructure via rotary swaging and annealing // Materials Science and Engineering: A. 2025. Vol. 920. Article number 147501. doi: 10.1016/j.msea.2024.147501.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Чистюхина Э.И., Мартыненко Н.С., Рыбальченко О.В., Никитин И.С., Лукьянова Е.А., Горбенко А.Д., Темралиева Д.Р., Страумал П.Б., Андреев В.А., Добаткин С.В., 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